潘向林/寧夏水利水電勘測設計院有限公司

同心縣楊河套子水庫工程
——取水泵站穩(wěn)定與應力計算

潘向林/寧夏水利水電勘測設計院有限公司

結合同心縣楊河套子水庫工程中的湖心式取水泵站設計實例，對泵站通過手算進行抗滑穩(wěn)定及基底應力分析，其計算結果滿足規(guī)范要求。

泵站；計算；結論分析

文章以同心縣楊河套子水庫工程中湖心式取水泵站的設計為例，采用規(guī)范簡化的方法（即泵站穩(wěn)定計算采用安全系數(shù)法、應力計算采用材料力學法），通過傳統(tǒng)手算的方式對泵站進行穩(wěn)定及應力計算，計算結果滿足規(guī)范要求，符合設計需要。

1 泵站布置

泵站為湖心式泵站，位于楊河套子主溝出口左岸、固海五干渠西側(cè)的新建水庫的東側(cè)，距大壩壩軸線31.6m。泵站共設3臺機組，均為混流泵，其中農(nóng)業(yè)灌溉泵站共設2臺機組，設計總流量0.97m3/s，凈揚程5.0～13.30m，總揚程8.43～14.10m；人飲泵站設計流量0.0056m3/s，凈揚程16.3m，總揚程27.16m。泵站與大壩連接交通為鋼筋混凝土橋梁，橋梁采用箱式結構，共計2跨28.0m。泵站出水管道采用DN1000mm鋼管。

2 泵站結構

泵站采用現(xiàn)澆C30鋼筋砼矩形塔式結構，結構外部尺寸為7.2×9.5m，共設1個進水腔室，腔室內(nèi)部凈尺寸為6.0×6.85m，塔底建基面高程1328.30m，底板厚度1.50m，塔頂高程1343.75m，塔高14.65m。砼側(cè)墻壁采用采用0.8m。水塔底板頂高程1330.70m，塔腔內(nèi)管道設備及檢修層高程為1341.20m。泵站進水口中心高程1332.65m，進水口中心高程1333.45m，進水口孔口尺寸1.50×1.50m。進水口設閘門，配套單吊點20t手電兩用螺桿式啟閉機。

塔頂為設備及交通管理層，共布置2臺立式長軸混流水泵灌溉機組、1臺人飲潛水泵機組、1臺螺桿啟閉機、1臺檢修吊車LD-10以及低壓控制柜等設施。根據(jù)泵站及電氣設備安裝等相關規(guī)范要求，結構尺寸中到中6.84×9.14m，高6.9m，為單層框架結構。

啟閉機室周圍設有平臺，平臺寬2.0m，并設置欄桿，平臺與室內(nèi)地坪齊平，并設工作橋與壩頂連接。壩頂高程1343.00m，塔頂高程1343.75m，較壩頂高0.75m。

泵站基礎坐落在中密的角礫地層上。取水泵站剖面圖如圖圖1、圖2。

圖1

圖2

3 泵站穩(wěn)定計算

3.1 基本參數(shù)

①工程地質(zhì)：泵站所在地的巖性為角礫，地基承載力標準值為280kpa，設計采用250kpa。

②材料容重：各材料的容重取值，如表1。

表1 不同材料的容重

③地震烈度：按80設防。

④風速：多年平均最大風速V0=18.0m/s,多年平均風速為3.3m/s，極限風速36m/s,吹程D=2.10Km。風速加乘系數(shù)對設計工況取1.5，校核工況取1.0。

⑤塔基抗剪（剪斷）強度指標

3.2計算工況及荷載組合

根據(jù)規(guī)范，計算工況及荷載組合詳見表2。

表2 泵站穩(wěn)定計算荷載及其組合表

3.3 穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)規(guī)范要求，選取的塔式泵站整體穩(wěn)定安全系數(shù)見表3；土基基底應力最大與最小值之比允許值見表4。

基底應力最大與最小值之比根據(jù)地質(zhì)為中密的角礫，，選取基本組合不允許超過2.00；特殊組合不允許超過2.50。

表3 整體穩(wěn)定安全系數(shù)

3.4 計算公式

式中：R——地基承載力；

Kc′——與抗剪斷強度計算相應的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

K0——抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；

Kf——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；

σ——建基面上垂直正應力；

ΣW——全部荷載對滑動面的法向分值（包括揚壓力）；

ΣP——全部荷載對滑動面的切向分值（包括揚壓力）；

f’、c′——壩基面的抗剪斷摩擦系數(shù)和粘結力；

A——建基面面積；

U——作用于滑動面上的揚壓力總和；

ΣMs——建基面上穩(wěn)定力矩總和；

ΣM0——建基面上傾覆力矩總和；

ΣV——建基面上垂直力總和；

ΣU——建基面上揚壓力總和；

ΣMxy、ΣMyx——分別為建基面上垂直力對形心軸X、Y軸的力矩總和；

x、y——分別為建基面上計算點至形心軸X、Y軸的距離；

Jx、Jy——分別為建基面對形心軸X、Y軸的慣性距。

3.5 計算結果

泵站抗滑穩(wěn)定及基底應力計算結果見表5。根據(jù)上述計算結果可知，計算結果滿足規(guī)范要求。

表5 泵站抗滑穩(wěn)定及基底應力計算成果表

4.思考及分析

泵站的穩(wěn)定分析是建筑物設計中的一項重要的內(nèi)容，其計算內(nèi)容通常包括四個方面，即抗滑驗算、抗傾驗算、抗浮驗算和地基承載力的驗算；而本次計算中只對泵站經(jīng)行了三個方面的計算，其原因為楊河套子水庫采用全斷面復合土工膜鋪筑，水庫施工完成蓄水后不存在漏水問題，并且泵站所在地區(qū)不存在地下水，故不考慮地下水產(chǎn)生的揚壓力對其的影響，這種考慮是符合實際情況的。

5.結語

通過對工程建筑物受力的簡化，在沒有結構計算輔助軟件的情況下，采用傳統(tǒng)手算的計算方法對泵站進行穩(wěn)定計算，同樣可滿足工程設計的要求。

[1]中華人民共和國國家標準.泵站設計規(guī)范（GB50265-2010）.北京：中國計劃出版社，2011年.

[2]中華人民共和國水利行業(yè)標準.水閘設計規(guī)范(SL265-2001).中國水利水電出版社，2001年.

[3]中華人民共和國電力行業(yè)標準.（DL5077-1997）水工建筑物荷載設計規(guī)范中國電力出版社1998年.

[4]李艷冬、高宇.泵站廠房穩(wěn)定分析應用與思考.黑龍江水利科技，N o.2.2010(todalN o.38).

潘向林（1982-12-05），男，助理工程師，本科，主要從事水利工程設計研究。

主要研究方向：水利工程。

W ith the exam ple of pu mp station in the lake of Yang He Tao Zi Reservoir in Tongxi County, the wedge stability analysis and the contact stress was calculated. The calculation results met the requirements of Code of Pumping Station.

Pumping Station; Calculation; Conclusion Analysis