李世民

（安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院 安徽合肥 230088）

0 引言

泵站是我國水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對防洪、排澇、灌溉、供水、環(huán)保和航運等方面均具有十分重要的作用。主要建筑物是泵站樞紐的核心組成部分，主要建筑物的安全穩(wěn)定是泵站正常運行的前提和保證，因此泵站運行一定年限后需要定期對泵站進行安全鑒定，從而確保泵站的安全運行。根據(jù)《泵站安全鑒定》（SL-2015）的規(guī)定，泵站安全鑒定應(yīng)分為全面安全鑒定和專項安全鑒定。全面安全鑒定范圍應(yīng)包括建筑物、機電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)等；專項安全鑒定范圍宜為全面安全鑒定中的一項或多項。泵站安全鑒定工作，應(yīng)按下列程序進行：1）現(xiàn)狀調(diào)查分析；2）現(xiàn)場安全檢測；3）工程復(fù)核計算分析；4）安全類別鑒定；5）安全鑒定工作總結(jié)。泵站工程復(fù)核計算分析的主要內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、基本資料、工程規(guī)模復(fù)核、建筑物復(fù)核計算分析與評價、機電設(shè)備復(fù)核計算分析與評價、金屬結(jié)構(gòu)復(fù)核計算分析與評價、泵站工程安全類別綜合評價與建議等。本文主要對霍邱縣陳郢泵站進行建筑物的復(fù)核分析計算與評價工作。

1 工程概況

霍邱縣排灌管理總站陳郢泵站位于城西湖蓄洪大堤樁號37+830處，老站于1968年12月動工興建，1970年建成運行至2003年，機電設(shè)備老化，泵房傾斜，穿堤箱涵開裂，堤后多處翻砂鼓水，危及泵站本身及城西湖蓄洪大堤的安全。2003年陳郢泵站安全鑒定綜合評定為四類泵站。

淮河水利委員會2003年批復(fù)實施城西湖蓄洪區(qū)陳郢泵站重建工程項目。重建工程按5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，排水面積67 km2，排澇流量21 m3/s，設(shè)計凈揚程7.3 m；灌溉面積44.7 hm2，灌溉流量6.7 m3/s，灌溉凈揚程5.3 m。安裝6臺1200ZLB-85型立式軸流泵，葉片安裝角度為+2°，轉(zhuǎn)速為490 r/min，排澇設(shè)計工況下?lián)P程為8.20 m，流量為3.65 m3/s，效率為86%；灌溉設(shè)計工況下?lián)P程為6.48 m，流量為4.2 m3/s，效率為87.0%。配6臺YL5004-12型異步電動機，單機功率為400 kW，總裝機2400 kW。

工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，次要建筑物級別為4級，陳郢泵站穿堤涵洞建筑物級別與堤防同為2級。泵站由進水渠、進水閘、前池及進水池、堤后式泵房、壓力水箱、控制段、穿堤涵洞和防洪閘等建筑物組成的組成。泵房縱剖視圖及橫剖面圖分別見圖1及圖2。

圖1 泵房縱剖視圖

2 建筑物存在的問題

陳郢泵站自建成投入運行十多年來，對城西湖蓄洪區(qū)的排澇及周邊的灌溉發(fā)揮了重要作用。但建成十多年來未進行過建筑物的維修及改造，建筑物目前存在主要問題如下：

1）泵房內(nèi)、外墻粉刷層剝落嚴重，屋面滲水。外墻鋁塑板施工工藝粗糙，材料質(zhì)量差，已退色、脫落。管理房屋頂滲水，內(nèi)外粉刷嚴重脫落。

2）進水前池減壓井部分淤堵，另有少部分井內(nèi)濾料流失。

3）外河高水位引水灌溉時，排澇進水閘無反向止水功能，只能通過調(diào)節(jié)防洪閘開度控制進水量，人為提高了灌溉揚程。

4）出口防洪閘啟閉機左前側(cè)排架柱開裂，左側(cè)排架柱底部出現(xiàn)鋼筋外露銹蝕缺陷；啟閉機房頂部圈梁與墻體結(jié)合部位出現(xiàn)水平向裂縫。

3 建筑物復(fù)核計算分析與評價

3.1 水力學(xué)條件復(fù)核

主要進行了泵站排澇進水閘過流能力復(fù)核。

根據(jù)排澇進水閘水位流量條件，按高淹沒度寬頂堰進行計算，對于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒度（hs/H0≥0.9）時，閘孔總凈寬應(yīng)按規(guī)范推薦的下列公式計算：

式中：Q——過閘流量，m3/s；

B0——閘孔總凈寬，m；

H0——計入行近流速水頭的堰上水深，m；

hs——由堰頂算起的下游水深，m；

μ0——淹沒堰流的綜合流量系數(shù)。

現(xiàn)狀進水閘為3孔，單孔凈寬4.0 m，閘上設(shè)計運行水位為19.40 m，閘底板高程16.40 m。經(jīng)計算，當(dāng)B0=12 m時，Q=48.62 m3/s大于排澇設(shè)計流量21.0 m3/s，排澇進水閘過流能力滿足排澇要求。

3.2 站基抗?jié)B穩(wěn)定復(fù)核

陳郢泵站為堤后式，站基滲流輪廓線包括穿堤涵洞和站身基礎(chǔ)輪廓線兩部分。外河側(cè)（淮河）防洪水位為27.90 m，對應(yīng)城西湖蓄洪區(qū)內(nèi)水位為18.9 m，最大水頭差為9.0 m。根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001），站基防滲長度按下式計算：

式中：L——站基防滲長度，m；

ΔH——最大水位差，m，本工程為9.0 m；

C——滲徑系數(shù)，站基座落于細砂層上，C取9～7。

站基滲流穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果見表1。

圖2 泵房橫剖面圖

表1 站基滲流穩(wěn)定復(fù)核計算表

從計算結(jié)果可以看出，站基實際滲流輪廓線長度大于計算滲徑長度，滿足規(guī)范要求。

3.3 抗滑穩(wěn)定復(fù)核

陳郢泵站泵房為整體底板結(jié)構(gòu)，泵房底板厚0.8m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸沿主水流方向長19.0 m，垂直于主水流方向30.4 m。

根據(jù)抗滑穩(wěn)定計算方法，不同工況下泵房的地基應(yīng)力、不均勻系數(shù)及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果見表2。

表2 泵房穩(wěn)定復(fù)核計算表

根據(jù)地質(zhì)報告，陳郢泵站泵房地基所在土層承載力為140 kPa。根據(jù)計算結(jié)果，陳郢泵站泵房的基底應(yīng)力小于允許地基承載力，不均勻系數(shù)以及抗滑安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。

3.4 結(jié)構(gòu)強度復(fù)核

根據(jù)陳郢泵站的總體布置和泵房結(jié)構(gòu)特點，在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，對該泵站泵室（混凝土底板、側(cè)墻、水泵梁、電機梁）及穿堤箱涵等主要部位進行結(jié)構(gòu)強度復(fù)核。

3.4.1 泵室底板及墩墻強度復(fù)核

陳郢泵站濕室型泵房為鋼筋混凝土整體筏板式基礎(chǔ)，鋼筋混凝土墩墻與基礎(chǔ)相連。參考原設(shè)計資料并結(jié)合本次現(xiàn)場檢測資料，混凝土強度等級取原設(shè)計值與檢測值的小值，根據(jù)原設(shè)計斷面，現(xiàn)場檢測泵室混凝土平均碳化深度3 mm，計算厚度扣減混凝土的碳化深度，對泵室下部結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)計算。泵室結(jié)構(gòu)以完建期為計算條件，考慮邊荷載的影響，按照彈性地基框架進行計算，驗算底板及墩墻的受力和結(jié)構(gòu)配筋情況。泵室結(jié)構(gòu)半幅荷載及彎矩計算結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 泵室結(jié)構(gòu)半幅荷載圖（完建期，100%計入邊荷載）

圖4 泵室結(jié)構(gòu)半幅彎矩圖（單位：kN·m，100%計入邊荷載）

根據(jù)計算結(jié)果可知，陳郢泵站泵室鋼筋混凝土底板及邊墻的實際配筋面積均大于計算配筋面積，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.4.2 泵室水泵梁及電機梁強度復(fù)核

水泵梁及電機梁兩端固結(jié)在鋼筋混凝土墩墻上，故按照固結(jié)連續(xù)梁進行計算，水泵梁原設(shè)計截面尺寸為80 cm×45 cm，計算跨度為4.2 m；電機梁原設(shè)計界面尺寸為80 cm×70 cm，計算跨度為4.2 m。水泵梁（電機梁）所受荷載為自重、樓板傳遞荷載、水泵（電機）及附屬結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載。水泵梁及電機梁彎矩計算結(jié)果見圖5、圖6。

根據(jù)計算結(jié)果可知，陳郢泵站泵室水泵梁及電機梁的實際配筋面積均大于計算配筋面積，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

圖5 水泵梁彎矩計算圖（單位：kN·m）

圖6 電機梁彎矩計算圖（單位：kN·m）

3.4.3 穿堤箱涵結(jié)構(gòu)強度復(fù)核

穿堤涵洞共兩孔，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要承受土壓力、水壓力和堤頂交通車輛的荷載。現(xiàn)選取填土壓力大的標(biāo)準(zhǔn)斷面進行穿堤箱涵的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算，以驗證現(xiàn)有結(jié)構(gòu)尺寸和配筋量能否滿足本次的規(guī)劃設(shè)計條件和現(xiàn)行規(guī)范要求。原設(shè)計斷面凈尺寸為2×3.0 m×3.0 m，底板厚度為0.5 m、頂板厚度為0.55 m、中隔墻厚度為0.4 m、兩側(cè)側(cè)墻厚度均為0.55 m，現(xiàn)場檢測泵室混凝土平均碳化深度6 mm，計算厚度扣減混凝土的碳化深度，計算工況選取箱涵內(nèi)無水，按照彈性地基上的平面框架結(jié)構(gòu)計算。穿堤箱涵涵內(nèi)無水時荷載及彎矩圖見圖7。

圖7 穿堤箱涵內(nèi)無水時荷載及彎矩計算圖

根據(jù)計算結(jié)果可知，陳郢泵站的穿堤箱涵在無水工況時各部位實際配筋面積大于現(xiàn)狀配筋面積，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.5 抗震安全性復(fù)核

根據(jù)國家地震局2015年出版的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）（50年超越概率 10%），工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》，陳郢泵站無需進行抗震安全復(fù)核。

3.6 泵站建筑物的安全類別評價

根據(jù)安全復(fù)核計算結(jié)果，初步評價如下：

1）過流能力

排澇設(shè)計工況時，排澇進水閘過流能力滿足排澇要求。

2）滲透穩(wěn)定

站基實際滲徑長度大于計算滲徑長度，滿足規(guī)范要求；站基的水平滲流坡降計算值小于規(guī)范規(guī)定值，出口滲流坡降計算值大于規(guī)范規(guī)定值，實際設(shè)計采取高噴截滲墻進行防滲后滿足規(guī)范要求。

3）整體穩(wěn)定

根據(jù)計算結(jié)果，泵房的基底應(yīng)力小于允許地基承載力，不均勻系數(shù)以及抗滑安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。

4）結(jié)構(gòu)強度

泵室及穿堤箱涵等主要結(jié)構(gòu)強度復(fù)核結(jié)果如下：

泵室底板及墩墻：經(jīng)復(fù)核，結(jié)構(gòu)強度均滿足規(guī)范要求；

泵室水泵梁及電機梁：經(jīng)復(fù)核，結(jié)構(gòu)強度均滿足規(guī)范要求；

穿堤箱涵：經(jīng)復(fù)核，結(jié)構(gòu)強度滿足規(guī)范要求。

綜上，泵站建筑物建議評定為二類。

4 結(jié)論

通過以上對陳郢泵站主要建筑物的復(fù)核分析計算，結(jié)果表明陳郢泵站主要建筑物結(jié)構(gòu)是安全的，建筑物類別評定為二類，從而為后期泵站的更新改造提供技術(shù)支持。只有定期對泵站進行安全鑒定與復(fù)核，才能保證泵站的安全穩(wěn)定運行，從而發(fā)揮應(yīng)有的作用。