无锡新区梅村污水处理厂三期佳美浜闸站工程

无锡新区佳美浜闸站工程方案设计

目录

1、工程位置及规模 (1)

2、建设条件 (2)

2.1气象条件 (2)

2.2 水文 (2)

2.3 地质 (3)

2.4 地震 (5)

3、工程建设的必要性 (6)

3.1、工程的建设是无锡新区防洪排涝的需要 (6)

3.2、工程建设是改善无锡新区水环境的需要 (6)

4、设计标准 (8)

4.1、设计标准 (8)

4.2、设计水位及护岸标高 (8)

4.3 地震 (8)

5、总平面布置 (9)

5.1总平面布置原则 (9)

5.2工程总体布置 (9)

5、主要建筑物设计 (12)

5.1建筑物设计原则 (12)

5.2主要建筑物设计 (12)

5.3结构及水力计算 (16)

5.3.1主要设计参数 (16)

5.3.2设计水位组合 (16)

5.3.3安全系数和地基应力要求 (17)

5.3.4主要计算公式 (19)

5.3.5主要计算成果汇总 (22)

5.6工程管理与观测 (24)

5.6.1观测设计原则 (24)

5.6.2测点布置及观测方法 (25)

5.6.3主要观测仪器设备 (26)

5.7金属结构 (26)

5.7.1 门型 (26)

5.7.2启闭机 (29)

5.8水泵结构 (29)

5.9 上部建筑 (31)

6、电气工程 (32)

6.1 设计依据 (32)

6.2供电设计 (32)

6.3下阶段需明确的问题 (34)

7、工程施工 (35)

8、工程投资 (36)

1、工程位置及规模

本工程位于梅村污水处理厂佳美浜河道上，佳美浜与伯渎港相连，闸站工程河道东侧为污水处理厂三期工程。

闸站工程规模：

水泵设计流量：2台1m3/s+ 1台2m3/s

水闸设计口宽：6m

图1 工程位置图

2、建设条件

2.1气象条件

无锡市属北亚热带湿润区，亚热带季风气候，受季风环流影响，形成的气候特点是：四季分明，气候温和，雨水充沛，日照充足，无霜期长。气温，1月平均气温在2.8℃左右；7月平均气温在29℃左右。全年无霜期220天左右。无锡市区年平均降水量在1048毫米。雨季较长，主要集中在夏季。全年降水量大于蒸发量，属湿润地区。无锡市区日照时数2019.4小时。常见的气象灾害有台风、暴风、连阴雨、寒潮和大风等。由于受太湖水体和宜南丘陵山区复杂地形等的影响，局部地区小气候条件多种多样，具有南北农业皆宜的特点，作物种类繁多。

2.2 水文

无锡市地表水系十分发育，河网密布，除太湖外，主要有京杭大运河横贯市区，锡澄运河、锡北运河连接长江，梁溪河、洋溪河通向太湖。河湖水位的变化与降水量年际、年内的变化基本一致，稍有滞后，全市共有大小河道3100多条，总长2480公里。市区河道总长150公里，平水期水体容积800万立方米。太湖为江南水网中心，面积2338.1平方公里，总蓄水量为44.28亿立方米，年平均吞吐量约52亿立方米。无锡地表水较丰富，外来水源补给充足。地下水资源据不完全资料测算，市区储量为6349万立方米，年补给量为6453万立方米。从近几十年来资料反映，市区多年平均水位为 3.154m，历

史最高水位为4.95m（1991年），最低水位为-1.9m（1934年）。

伯渎港主体贯穿新区，流经新区旺庄街道、江溪街道、梅村镇和鸿山镇等，长约24公里。近年来由于城市建设的高速发展以及人口的迅速膨胀，伯渎港淤塞严重，水质遭到严重破坏。市委市政府明确河道综合整治和断面水质达标目标后，新区全面开展了沿河排污口封堵工作；沿河岸环境综合整治也全面展开，新区下一步将从截污、清淤、调水、修复、景观入手，确保在规定期限内实现断面水质的全面达标。

根据统计资料，伯渎港的设计水位:4.8m，相应佳美浜的设计水位:3.2m。伯渎港的校核水位:5.2m，相应佳美浜的设计水位:3.2m。2.3 地质

通过取土技术孔现场取土鉴别及对土试资料的分析，在最大垂深25. 5m范围内，场地土层为第四纪冲湖积相沉积，主要分布有耕植土、素填土、淤泥质填土、黏土、粉质黏土、粉土、粉砂夹粉土等土层，具体可分为8个工程地质（亚）层，各土层特征描述及工程地质特性评价如下：

①1层耕植土：灰褐色，松软，以软塑黏性土为主，夹植物根茎。均有揭露、普遍分布。该层土层底标高0.80～3.08m、平均2.36m；厚度0.40～2.40m、平均1.00m。工程地质性能差。

①2层素填土：灰褐色，中密，以可塑黏性土为主。分布在场地北部。该层土层顶埋深0.50～1.20m、平均0.95m；层底标高-0.70～0.32m、平均-0.14m；厚度1.80～3.00m、平均2.40m。工程地质性能

差。

①3层淤泥质填土：灰黑色，流塑，夹有机质，具臭味。分布在场地的北部和南部。该层土层顶埋深1.00～3.80m、平均2.86m；层底标高-2.70～1.29m、平均-0.88m；厚度0.50～2.50m、平均1.24m。工程地质性能差。

②层黏土：灰黄色～青灰色，可～硬塑，含铁锰质氧化物及结核。切面光滑，摇震反应无，干强度高，韧性高。在①3层淤泥质填土淤泥质填土分布区变薄至缺失，该层土层顶埋深0.40～4.10m、平均1.14m；层底标高-2.87～0.03m、平均-1.39m；厚度0.80～5.70m、平均3.62m。土层具高压缩性、工程地质性能较好。

③层粉土：灰色，稍密，很湿，含云母碎屑，夹少量粉质黏土薄层，无光泽，摇震反应迅速，干强度低，韧性低。均有揭露、普遍分布。该层土层顶埋深 3.60～6.50m、平均 4.81m；层底标高-5.92～-2.41m、平均-4.20m；厚度1.30～4.30m、平均2.75m。土层具中压缩性、工程地质性能中等。

④1层粉砂夹粉土：灰色，稍密～中密，饱和，主要矿物成分为石英、长石，分选差均有揭露、普遍分布。该层土层顶埋深 5.50～9.20m、平均7.56m；层底标高-16.49～-10.24m、平均-12.47m；厚度5.80～12.80m、平均8.27m。土层具中偏低压缩性、工程地质性能中等。

④2层粉质黏土：灰色，软塑～流塑，土质欠均匀，夹粉土团块和薄层，含云母碎屑，无光泽，干强度低，韧性低。局部分布。该层

土层顶埋深16.60～19.80m、平均17.82m；层底标高-20.09～-15.60m、平均-16.69m；厚度1.00～3.70m、平均2.22m。土层具中偏高压缩性、工程地质性能较差。

⑤层黏土：青灰色～灰黄色，可～硬塑，含铁锰质氧化物和结核，有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高。均未揭穿，该层土层顶埋深15.30～23.50m、平均16.93m；揭露厚度0.50～9.70m、平均5.43m。土层具中压缩性、工程地质性能较好。

2.4 地震

无锡市属抗震设防烈度6度区，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地土的类型为中软土，场地类别属Ⅲ类，特征周期为0.45s，拟建场地地基土不存在液化土层。

3、工程建设的必要性

3.1、工程的建设是无锡新区防洪排涝的需要

佳美浜与伯渎港相连，伯渎港西连古运河。由于伯渎港与佳美浜连通，因此伯渎港的水位和佳美浜相同，这样抬高了佳美浜沿河地块标高。如在佳美浜河口建闸，在汛期关闭闸门，可以挡住伯渎港的高水位，从而降低佳美浜沿河地块的标高。通过建泵站，可以及时把佳美浜的雨水排到外河伯渎港，减轻新区内涝的风险。

图3-1 建闸挡水、建泵排水示意图

3.2、工程建设是改善无锡新区水环境的需要

由于现状伯渎港的水质较差，污水处理厂三期工程建成后，污水处理厂的中水排入佳美浜可以有效改善佳美浜的水质，但前提条件是需要在河口建闸站，将伯渎港隔开，避免伯渎港较差水质的水与佳美浜的水混合在一起。

图3-2中水排放示意图

4、设计标准

4.1、设计标准

本工程承担着新区防汛排涝、改善水环境的重要的任务。根据《防洪标准》（GB50201-94）中的第6.1.1条、《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-92）第 2.1.1条和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）中第2.1.1条规定，本工程等别为III等工程，相应建筑物级别为3级。

4.2、设计水位及护岸标高

外河（伯渎港）设计水位:4.8m

相应内河（佳美浜）河的设计水位:3.2

外河（伯渎港）的校核水位:5.2m

相应内河（佳美浜）的设计水位:3.2m。

外河护岸防汛标高：6.0m 内河护岸防汛标高5.5m

以上均为吴淞标高

4.3 地震

无锡市属抗震设防烈度6度区，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地土的类型为中软土，场地类别属Ⅲ类，特征周期为0.45s，拟建场地地基土不存在液化土层。

5、总平面布置

5.1总平面布置原则

（1）闸站布置应顺直，确保水流通畅，保证防汛排涝安全。

（2）闸站的布置应满足规划，不应对沿岸建成的厂区构筑物造成影响；

5.2工程总体布置

根据上述选定的工程选址，闸站工程总体布置如下：

闸站工程纵向沿河道轴线自外向内依次为外河防冲槽、外河海漫段、外河消力池、闸室（站身）段、内河消力池、内河海漫段、内河防冲槽段。

根据水力计算，各水闸及站身：10.2m，外河防冲槽3m,外河海漫段16m，外河消力池12m，内河消力池15m，内河海漫段10m,内河防冲槽3m。

水闸宽度（包含闸墩结构厚度）7.2m,泵站站身宽11.7m。现状河道宽16m，水闸及站身需要的河道宽度18.9m,需要单侧拓宽2.9m。

闸站工程横向为水闸和泵站两部分，根据水流条件，水闸布置在佳美浜西侧（梅村老污水处理厂侧），泵站布置在佳美浜东侧（梅村三期污水厂侧）,平面上保持站身侧不动，水闸侧向西拓宽2.9m。

图5-1 水闸单侧拓宽示意图

图5-2 总平面布置图

图5-3 总平面三维透视图

5、主要建筑物设计

5.1建筑物设计原则

（1）结合无锡新区总体规划，使改善水环境及防汛两者有机结合；（2）工程建筑物主体布局既满足功能要求，又满足景观和建筑设计要求；体现以人为本，充分利用自然本色；

（3）泵闸结构做到结构简单、安全可靠、施工方便经济美观并与周边环境相协调。

（４）工程建成后做到管理方便、安全可靠、运营费用经济合理。

5.2主要建筑物设计

（1）闸室

闸室为单孔钢筋砼坞式结构，闸室顺水流方向总长10.2m。自外向内依次布置外河检修门槽、水闸主门槽及内河检修门槽。主门槽中心线距离闸室外河侧边线 4.865m，门槽尺寸为8103350mm（宽3深）。每道门槽内设钢闸门一扇。闸门采用卷扬启闭机启闭，型号为QPQ-2*125KN。闸门正上方设启闭机房，为钢筋砼框架结构。卷扬启闭机布置其中，为避免洪水淹没和启闭要求，启闭机房地面标高为9.3m。房顶标高12.4m。

内河检修门槽中心线与主门槽中心线距离3.2 m，检修门槽尺寸为3003200mm（宽3深）。

闸底板厚度0.8m,闸底板标高0.0m,闸墩厚度0.6m,闸墩向上下游各延伸5m起导流作用。

图5-1 水闸闸室断面图

图5-2 水闸闸室三维透视图

（2）站身

闸站站身为三孔钢筋砼坞式结构，闸室顺水流方向总长10.2m。自外向内依次布置水泵及检修门槽，水泵中心线距外河侧边线2.73m,

检修门槽距外河侧边线8.07m,检修门槽尺寸为3003200mm（宽3

深）。

泵站站身宽度11.7m, 2台3m2/s泵布置在河道西侧，每孔宽度分别为3.8m、4.05m,1台2m2/s泵布置在河道东侧,宽度3.75m。泵站分隔墩厚度0.5m。泵站底板厚度0.8m，底板标高0.00m。

水泵安装高程为3.25m,水泵电机层标高为5.8m,用于水泵检修吊装的梁顶标高为11.3m。

为方便通行，距站身内河侧5m处设置0.9m宽的便桥一座，便桥采用墩式基础。

图5-3 站身断面图

图5-4 站身三维透视图

（3）消力池

根据消能计算结果，外河消力池的长度为12m，内河消力池15m,消力池净宽由闸孔处的17.7m渐变至海漫段处的16m。消力池池深0.5m，池底面高程±0.0m，底板厚度为0.7m；消力池采用C30钢筋砼坞式结构，与闸室的连接均设置了水平和垂直铜片止水带止水。两边侧墙顶高程6.0m。为减小浮托力和渗透压力，消力池底板上设Φ700间隔2m的排水孔，呈梅花型布置，底板下铺碎石垫层及250g/m2土工布作反滤层。

（4）海漫及防冲槽

排水时为了防止水流冲刷河道，在消力池外侧需设置海漫段及抛石防冲槽，根据节制闸消能防冲计算成果，外河侧海漫段长度为13m,内河侧为10m，河底标高0.00m。采用300厚C20细石砼灌砌块石护坡结构，护底上设Φ70mm间隔为2.0m的排水孔，呈梅花型布置，

护底下设反滤层。海漫段末端设3m宽的抛石防冲槽，槽深2.0m。

5.3结构及水力计算

5.3.1主要设计参数

1）特征水位

外河（伯渎港）侧特征水位见表5-1。

外河特征水位表5-1

（2）内河侧特征水位

内河侧的特征水位见表5-2。

内河特征水位表5-2

5.3.2设计水位组合

（1）闸室整体稳定计算水位组合

整体稳定计算水位组合见表5-3。

闸室整体稳定计算水位组合表5-3

（2）闸室防渗计算水位组合

闸室防渗计算正、反向的水位组合为闸室结构整体稳定计算水位组合中水头差最大的组合，详见表5-4。

防渗计算水位组合表5-4

（3）闸室抗浮计算水位组合

闸室抗浮计算水位按检修工况的水位组合进行复核，详见表5-5。

抗浮计算水位组合表5-5

（4）闸室消能计算水位组合

闸室消能计算原则是通过闸门开度控制过闸单宽流量4.0～

6.5m3/s.m及河道的不冲流速V=0.6~0.8m/s。当内河水位高于常水位3.8m或暴雨前需预降水位时，乘外河低水位开闸排水。一般情况下，排水应在内外河水头差不大于0.5m的情况下启闭闸门；当遇到紧急预降或紧急排涝且内外河水头差较大时，闸门操作需局部开启，并分级逐步开启闸门，且每提升一级闸门需待水流稳定后再提升一级，一般闸门开启度先按0.2m开启，以后逐渐分级提升。以控制流量，待水头差不大于0.5m时再全开闸门。节制闸消能计算水位组合见表5-6。

节制闸消能计算水位组合表5-6

5.3.3安全系数和地基应力要求

（1）闸室