(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430064；2.湖北省水利廳，湖北 武漢 430070)

湖北省平原湖區(qū)存在數(shù)量眾多的中小型灌排泵站，各泵站規(guī)模不大。由于歷史原因，大部分泵站屬于邊勘測、邊設(shè)計、邊施工的“三邊”工程，均存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低、泵站下部結(jié)構(gòu)破損裂縫等問題，大部分為三類泵站。由于受規(guī)劃批復(fù)建設(shè)資金額度的限制，大部分泵站很難做到全部拆除重建，此類泵站主要存在主泵房下部結(jié)構(gòu)砌石或混凝土碳化裂縫、基礎(chǔ)沉降變形、部分結(jié)構(gòu)強度與配筋不滿足規(guī)范要求等問題。由于泵站屬于“三邊”工程，建設(shè)資料歸檔不夠規(guī)范，加之年代久遠(yuǎn)，使得大部分泵站原設(shè)計資料、竣工資料嚴(yán)重不全，這給加固設(shè)計增加了許多難度。

本次研究的重點和出發(fā)點是：利用有限的資金，克服由于原始資料的缺失給復(fù)核計算和加固設(shè)計增加的難度；研究泵站加固方法、荷載分配及布置，尋找簡單、可靠、經(jīng)濟的加固方法；為省內(nèi)外同類工程的加固提供借鑒；對主泵房下部結(jié)構(gòu)采用荷載轉(zhuǎn)移方法進(jìn)行加固，在盡量不破壞原有結(jié)構(gòu)的前提下，達(dá)到除險加固、泵站安全運行的目的。

1 荷載轉(zhuǎn)移法

1.1 荷載轉(zhuǎn)移加固法以及主要特點

荷載轉(zhuǎn)移法，即通過改變原有泵房下部結(jié)構(gòu)的受力條件，轉(zhuǎn)移本該由加固部位承受的荷載至泵房周圍可靠部位，減小原結(jié)構(gòu)承受的外部荷載、減小其內(nèi)力，達(dá)到加固改造的目的；或通過新增下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件來承擔(dān)原結(jié)構(gòu)承擔(dān)的荷載，使原結(jié)構(gòu)不再受力，將荷載轉(zhuǎn)移至新設(shè)計的結(jié)構(gòu)，達(dá)到加固改造的目的。

荷載轉(zhuǎn)移方法的主要特點是不破壞原有結(jié)構(gòu)、減小原結(jié)構(gòu)承受的荷載或取消結(jié)構(gòu)承受的荷載，轉(zhuǎn)移原荷載至原結(jié)構(gòu)周圍部位或新建的結(jié)構(gòu)部位。由于減小或取消了原結(jié)構(gòu)承受的外部荷載，原結(jié)構(gòu)可以達(dá)到滿足設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)強度和配筋要求。

1.2 中小型泵站的結(jié)構(gòu)特點

湖北省內(nèi)江漢平原的中小型泵站絕大多數(shù)為揚程較低的立式軸流泵，泵站規(guī)模小，主泵房下部結(jié)構(gòu)邊墻多為圬工結(jié)構(gòu)，水泵梁、電機梁擱置于邊墻上，主泵房基礎(chǔ)多未進(jìn)行處理。

受當(dāng)時建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低的限制及運行時間久遠(yuǎn)的影響，邊墻圬工材料表層大部分已風(fēng)化，砂漿脫落。電機大梁及水泵梁配筋量偏小，存在裂縫、露筋現(xiàn)象，加之機組運行震動的影響，大梁與邊墻支撐部位松動，造成機組運行時震動加劇，影響泵站安全運行。

此類泵站的結(jié)構(gòu)受力特點主要為上部結(jié)構(gòu)的垂直荷載通過主泵房墻體由下部邊墻承擔(dān)，電機及水泵梁承擔(dān)機組和水泵的動荷載，并將動荷載通過電機、水泵大梁傳遞至四周邊墻。主泵房下部結(jié)構(gòu)自重及土重承擔(dān)四周土體的水平荷載，以保證主泵房的抗滑穩(wěn)定。

1.3 荷載轉(zhuǎn)移加固法與其他結(jié)構(gòu)加固方法的比較

目前建筑物的結(jié)構(gòu)加固方法較多，主要有拆除重建、粘鋼加固、粘碳纖維加固等，拆除重建方法可按現(xiàn)行的規(guī)程、規(guī)范重新設(shè)計，其結(jié)構(gòu)可靠、安全系數(shù)較高，但投資較大。

粘鋼和粘碳纖維加固方法基本一致，即通過在原結(jié)構(gòu)外表面粘貼高強介質(zhì)，達(dá)到結(jié)構(gòu)補強的加固目的。兩種方法施工較為簡單，但須在原結(jié)構(gòu)外表面進(jìn)行鑿毛、鉆孔等處理，加固效果受施工工藝水平、原結(jié)構(gòu)尺寸大小、原結(jié)構(gòu)破損程度等條件限制，在原結(jié)構(gòu)尺寸較大、配筋量與設(shè)計配筋量差距不大、破損程度不大的情況下，一般可以達(dá)到安全加固的目的。但該方法須在原結(jié)構(gòu)上進(jìn)行鑿毛、鉆孔，在施工時極易對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生程度不等的破壞，嚴(yán)重時將造成原結(jié)構(gòu)施工期間即報廢，從而影響泵站的安全運行。

荷載轉(zhuǎn)移方法之一是在原電機梁、水泵梁側(cè)面或下部重新澆筑大梁，新建大梁兩端與在原邊墻上外幫的鋼筋混凝土邊墻連接，原電機、水泵大梁廢棄或與新建大梁澆筑在一起，更新后的水泵、電機螺栓設(shè)置于新建大梁上，原電機、水泵大梁不再承受外部荷載，即原荷載轉(zhuǎn)移至新建大梁上。

荷載轉(zhuǎn)移方法之二是在原電機層上重新澆筑電機層，原邊墻墻頂四周增設(shè)地基圈梁，主泵房上部荷載不再由原電機層承擔(dān)，新老電機層間空隙布置為電纜層，邊墻垂直荷載增加，水平荷載不變，更利于邊墻抗滑穩(wěn)定。

與拆除重建、粘鋼、粘碳纖維方法相比，荷載轉(zhuǎn)移法安全可靠、施工簡單、投資不大，同時可以配合主體建筑物的加固(如電機層抬高重建等)一并實施，不但可不破壞原有結(jié)構(gòu)，同時還可通過轉(zhuǎn)移荷載，減少或取消下部結(jié)構(gòu)梁系承受的荷載，從而達(dá)到加固除險的目的。

2 荷載轉(zhuǎn)移法的適應(yīng)條件與特點

根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點、荷載轉(zhuǎn)移法的設(shè)計思路及荷載轉(zhuǎn)移的路徑，荷載轉(zhuǎn)移法的適應(yīng)條件如下：

a.建筑物整體的抗滑穩(wěn)定、地基應(yīng)力、沉降變形均要滿足規(guī)范要求，或沉降變形基本穩(wěn)定，后續(xù)沉降值滿足規(guī)范要求。

b.承受荷載轉(zhuǎn)移部位的整體沉降、地基應(yīng)力、抗滑穩(wěn)定要滿足規(guī)范要求，或轉(zhuǎn)移的荷載成為承受部位的有利荷載。如南跡湖站的四周擋墻承受了電機層及其上部荷載，其垂直向荷載增加，有利于自身的抗滑穩(wěn)定。

3 荷載轉(zhuǎn)移法在實際工程中的應(yīng)用

針對省內(nèi)中小型排澇泵站的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合荷載轉(zhuǎn)移法的研究設(shè)計思路，在南跡湖泵站更新改造工程中采用該方法進(jìn)行了加固，取得了良好的加固效果。

3.1 南跡湖泵站下部結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計主要內(nèi)容

南跡湖泵站裝機8×155kW，主泵房平面投影尺寸6.0m×26.0m，泵站位于長江干堤張北堤137K+150處，為堤后式泵站，濕式進(jìn)水室，直管出流，拍門斷流。泵站主泵房位于堤內(nèi)坡腳處，下部結(jié)構(gòu)為排架柱結(jié)構(gòu)，矩形進(jìn)水流道，進(jìn)水室三面為砌石結(jié)構(gòu)，底板為整板混凝土底板。

3.2 存在的主要問題

南跡湖泵站建成運行已30多年，主要存在泵房高度偏小、電機層高程偏低、屋面破損漏水嚴(yán)重、下部排架結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重等問題。主泵房建基面下持力層為碎石黏土層，地基承載力為250kPa。根據(jù)安全鑒定復(fù)核結(jié)果，主泵房的地基應(yīng)力最大值為110kPa、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.36，均滿足規(guī)范要求。但其下部結(jié)構(gòu)排架柱的配筋不滿足要求，設(shè)計需要配筋為8φ18，實配為8φ16。

3.3 加固設(shè)計

加固設(shè)計的主要內(nèi)容是在原電機層上新建電機層，原電機層不拆除。新建電機層的圈梁坐落在進(jìn)水室三面擋墻及上游側(cè)大梁及墩墻頂部，原電機層板梁柱不再承受上部結(jié)構(gòu)的荷載。

新建電機層圈梁梁高80cm，即電機層加高了80cm，梁寬40cm，電機層系梁高60cm、寬30cm。電機層及其上部荷載通過電機層板梁傳至進(jìn)水室側(cè)墻及上游大梁，新、老電機層間的夾層可作為電纜通道，同時對下部排架柱進(jìn)行表面抹環(huán)氧砂漿的混凝土防碳化處理，詳見圖1。

4 夏溝泵站下部結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計

夏溝泵站裝機4×155kW，主泵房平面投影尺寸6.0m×17.0m，泵站位于鄂州市梁子湖區(qū)東溝鎮(zhèn)長港河南岸，提排澇水入長港。泵房為堤身式，濕式進(jìn)水室，直管出流，拍門斷流。

泵站主泵房上部結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為排架柱結(jié)構(gòu)，進(jìn)水室三面為砌石結(jié)構(gòu)，底板為整板混凝土底板，各進(jìn)水室間設(shè)水泵梁與兩側(cè)墩墻連接。

4.1 存在的主要問題

泵站主泵房由于建成運行已達(dá)30多年，存在泵房墻身局部開裂、下部水泵梁裂縫嚴(yán)重等主要問題。根據(jù)安全鑒定復(fù)核結(jié)果，主泵房的地基承應(yīng)力、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，但其下部水泵大梁的配筋量與混凝土強度不滿足要求，加之水泵大梁大部分?jǐn)嗔?，?yán)重影響泵站安全運行，使得泵站棄用多年。

4.2 加固設(shè)計

夏溝泵站加固設(shè)計的主要內(nèi)容是在原水泵梁下增設(shè)較大斷面尺寸的水泵梁，原水泵梁不拆除，在水泵梁兩側(cè)增設(shè)墩墻，用以支撐新水泵梁。

新建水泵梁梁高50cm，梁寬50cm，新增側(cè)墻墩墻厚30cm，中墩厚100cm，側(cè)墻與老墩墻間設(shè)錨桿，詳見圖2～圖3。

圖1 南跡湖泵站主泵房加固橫剖面

圖2 夏溝站主泵房下部結(jié)構(gòu)加固設(shè)計 (尺寸單位：cm)

圖3 夏溝泵站主泵房橫剖面 (尺寸單位：cm)

5 結(jié) 語

荷載轉(zhuǎn)移法的應(yīng)用較為廣泛，特別是對于中小型泵站，其應(yīng)用有較為鮮明的特點：荷載轉(zhuǎn)移法以不對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的破壞為條件，以荷載轉(zhuǎn)移為手段，以安全加固為目的，通過荷載轉(zhuǎn)移，減少原結(jié)構(gòu)承受的荷載，使原有結(jié)構(gòu)在減少內(nèi)力的條件下滿足設(shè)計的配筋與強度要求，接受轉(zhuǎn)移荷載的部位將增加有利于穩(wěn)定的荷載或增加有限的地基應(yīng)力，新建承受荷載轉(zhuǎn)移的構(gòu)件按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，從而保證了原主泵房的安全可靠運行，在節(jié)省工程投資的同時達(dá)到安全加固改造的目的。

荷載轉(zhuǎn)移法在南跡湖泵站加固工程中首先進(jìn)行了應(yīng)用，并取得了良好的加固效果，在安全連續(xù)運行24h并通過機組啟動驗收后，將該方法大量應(yīng)用于省內(nèi)的王大圩泵站、夏溝站泵站等中小型泵站的加固改造工程中。

目前正在實施中的中部四省大中型泵站更新改造工程的泵站單站規(guī)模均較小，往往受規(guī)劃的單位千瓦投資額度限制，難以進(jìn)行拆除重建。荷載轉(zhuǎn)移法對此類泵站的加固改造，不失為一種可靠、安全的方法。采用該方法進(jìn)行泵站改造的基本原則是避免大拆大建，通過轉(zhuǎn)移原荷載至可靠建筑物結(jié)構(gòu)上，在不破壞原有結(jié)構(gòu)的前提下，減少其承受的不利荷載，達(dá)到可靠、安全地進(jìn)行加固改造的目的。