電排站泵房穩定分析

摘要：本文結合工程案例闡述了電排站泵房穩定分析計算方法，并就新舊規范應用方面的問題進行了探討。

關鍵詞：電排站泵房設計;穩定分析

電排站泵房按結構型式分為分基型泵房、干室型泵房、濕室型泵房和塊基型泵房。分基型泵房一般只需進行地基穩定分析，干室型泵房在地基穩定分析的基礎上需再做抗浮和抗滑穩定分析，濕室型泵房和塊基型泵房除這三項穩定分析以外，還要再進行抗滲穩定分析^[1，2]。抗傾穩定性是移動式泵站（如泵船）需要重點考慮的問題^[2]。本文主要探討干室型泵房穩定分析。

1" 穩定分析的基本假定

泵房整體穩定分析以整個泵房結構長度進行計算。作用荷載包括泵房底板、側墻、機座、上部泵房等的自重及設備重，靜水壓力、土壓力、揚壓力、淤沙壓力、地震荷載及其它荷載^[3]。

自重包括泵房結構自重、填料重量和永久設備重量;靜水壓力應根據各種運行水位計算;對于多泥沙河流，應計及含沙量對水的重度的影響;揚壓力包括浮托力和滲透壓力;土壓力根據地基條件、回填土性質、擋土高度、填土內的地下水位、泵房結構可能產生的變形情況等因素，按主動土壓力或靜止土壓力計算;淤沙壓力根據泵房位置、泥沙可能淤積的情況計算確定;地震荷載按現行行業標準《水工建筑荷載設計規范》的有關規定計算確定;其他荷載根據工程實際情況確定。

2" 荷載組合

2.1 基本荷載組合

此種情況為正常運用期，即上游為設計水位，下游為設計水位，機組全部投入運行。

2.2 特殊荷載組合

2.2.1 檢修情況

檢修情況是指停泵進行檢修階段，上游為設計水位，泵房內無水，下游為地下水位，機組全部停運檢修。

2.2.2 特殊荷載情況

此種情況為非常運用期，即上游為校核洪水位，下游為最高水位，機組全部投入運行。

3"" 計算內容及公式

3.1 抗浮穩定驗算

（1）

式中：為抗浮穩定安全系數;為作用于泵房基礎底面以上全部重力，kN;為作用于泵房基礎底面以上的揚壓力，kN;為允許抗浮穩定安全系數。

基本組合=1.1;特殊組合=1.05。

3.2 抗滑穩定安全系數

（初步設計，土基或巖基）（2）

（土基）（3）

（巖基）（4）

式中：為抗滑穩定安全系數;為作用于泵房基礎底面以上全部豎向荷載（包括泵房基礎面以上的揚壓力），kN;為作用于泵房基礎底面以上全部水平荷載，kN;為泵房基礎底面與地基之間摩擦系數;為泵房基礎底面與地基之間摩擦系數;為土基上泵房基礎底面與地基之間摩擦角（°）;、分別為土基和巖基上泵房基礎底面與地基之間的粘結力，kPa;為泵房基礎底面面積，m²;為允許抗滑穩定安全系數，詳見表1。

表1" 抗滑穩定安全系數允許值

地基類別

荷載組合

建筑物級別

適用公式

1

2

3

4、5

土基

基本組合

1.35

1.30

1.25

1.20

適用于（2）或（3）式

特殊組合

I

1.20

1.15

1.10

1.05

II

1.10

1.05

1.05

1.00

巖基

基本組合

1.10

1.08

1.05

適用于（2）式

特殊組合

I

1.05

1.03

1.00

II

1.00

基本組合

3.00

適用于（4）式

特殊組合

I

2.50

II

2.30

3.3 泵房基礎底面應力計算

（干室型）（5）

（6）

（7）

式中：為泵房基礎底面應力的最大值與最小值，kN/m²;為作用于泵房底板上所有垂直力和水平力對底板上游齒墻最低點的力矩總和，kN·m;為泵房順水流方向長度，m;為底板上所有作用力的合力對底板的偏心距，m;為地基允許承載力;為允許應力不均勻系數，基本組合2.0，特殊組合2.5。

4"" 實例應用

塔崗電排站位于四會市東城區清蓮圍塔崗堤段，主要功能為排澇，該站建于2008年，設計流量3.63m³/s，配套3臺水泵，單機功率均為130kw，總裝機390kw。主要由引渠、前池、泵房、進水池、壓力管、壓力水箱、消力池等組成。泵房基礎座落在粉質粘土層上，地基土允許承載力為160Kpa，內摩擦角為23°，地基與基礎摩擦系數為0.25。其穩定分析成果如表2。

表2" 泵房穩定分析成果表

站名

計算情況

抗滑

穩定

抗浮穩定

地基應力（kpa）

不均勻

系數

基礎允許

承載力

（kpa）

塔崗電排站

基本組合

設計運用情況

3.54

3.44

110.19

64.72

1.70

160

特殊組合

檢修情況

6.71

6.03

105.15

95.95

1.15

校核運用情況

3.93

3.22

106.87

66.90

1.60

泵房的穩定分析滿足要求。

5"" 討論

李艷冬等^[4]提出荷載組合中沒有考慮水泵啟動和停車時水錘作用以及特殊基礎計算問題。產生這種疑問的一個重要原因是97版的《泵站設計規范》荷載項目相對較少，荷載項目只有8項，2010版的《泵站設計規范》荷載項目增加到12項，多出4項為水重、風壓力、土的凍脹壓力和冰壓力。雖然并沒有把水錘作用作為一個獨立項目加進去，但2010版是在總結10余年實踐的基礎上修訂的，已經將各種影響較大的荷載組合考慮了進去，所增加的項目是97版考慮不到而實際上有明顯影響的項目，也就是說水錘作用已經包含在現有的12個項目中或者其影響尚不足以單獨列項。實際上，新規范針對許多不合理的地方已經進行了修訂，例如97版規范中抗滑穩定安全系數計算公式（6.3.4-2）被拆分為土基和巖基兩個公式，見本文中（3）、（4），這樣在計算土基時更為準確和合理。本文討論這些問題是希望新規范出臺后，作為設計人員應精心研究和領會，以利于提高設計質量。

參考文獻：

[1]萬亮婷，袁俊森.水泵與水泵站[M].2版.鄭州：黃河水利出版社，2008：146.

[2]丘傳忻.泵站工程[M].武漢：武漢大學出版社，2001：150.

[3]中華人民共和國水利部.GB 50265-2010 泵站設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[4]李艷冬，高宇.泵站廠房穩定分析應用與思考[J].黑龍江水利科技，2010，38（2）：90-91.