廬江縣七里灌區(qū)渠首一級(jí)泵站穩(wěn)定分析

吳圣賢，張志彪，劉伏成

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 項(xiàng)目概況

七里一級(jí)站位于兆河邊上，是七里灌區(qū)二級(jí)梯度泵站里的渠首泵站，位于廬江縣盛橋鎮(zhèn)境內(nèi)，屬于杭埠河灌區(qū)尾部的提水補(bǔ)給站灌區(qū)。其作用是從引江濟(jì)淮兆河口提水，通過中間渠道向圩區(qū)內(nèi)部送水。七里一站拆除重建工程規(guī)模為IV 等，小(1)型工程，主要建筑物級(jí)別均為4 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5 級(jí)；選用2 臺(tái)潛水泵管道進(jìn)出水。泵站建筑物主要包括：前池、泵房、出水池等。

2 泵站結(jié)構(gòu)布置

2.1 泵站長度

七里一站選用2 臺(tái)潛水泵管道進(jìn)出水，管道直徑1.0m，流速0.76m/s，進(jìn)水箱孔口尺寸為2.0m×2.0m，出水口采用管道出水，流速為0.69m/s。機(jī)組段長度均為2m,安裝間寬度按照1.5 倍的機(jī)組段長度來定，長度為3m。泵房的長度包括2 個(gè)機(jī)組段的長度和安裝間的長度，總長11.9m。

2.2 泵站寬度

泵房的寬度主要考慮到電機(jī)起吊運(yùn)行的限制，廊道寬度取2.0m，進(jìn)水側(cè)通道取1.5m，水側(cè)通道取1.5m，安裝機(jī)組的寬度為2.0m，泵房內(nèi)凈寬7.0m。

2.3 泵站高程

流道層高程是泵站最底層，水泵的進(jìn)水管及攔污網(wǎng)布置在這一層，考慮到最低運(yùn)行水位的限制，底部高程比最低運(yùn)行水位低1.5m，為4.6m。根據(jù)進(jìn)水流道和頂板的厚度要求，中間層頂板高程為11.0m,滿足20 年一遇防洪要求。底面高程比安裝間高程低10cm，其高程為16.9m，安裝間高程17.0m。

2.4 泵站結(jié)構(gòu)

考慮到站區(qū)開挖比較深，填方量比較大，施工時(shí)易造成大面積開挖的問題，影響到附近的水文站及居民房屋的拆遷。為規(guī)避此類問題的發(fā)生，本次基坑采用C30 砼鉆孔灌注樁作為支護(hù)，先施工主泵房，澆筑底板及邊墻，待中間層施工完成后，在主泵房后側(cè)施工C30 砼鉆孔灌注樁作為副廠房的基礎(chǔ)。主副廠房下側(cè)的樁基上部做C25 鋼筋空箱。由于樁基上部的填土比較高，土壓力比較大，樁基頂部的位移變動(dòng)也是最大的。七里一站縱剖面圖見圖1。

圖1 七里一站縱剖面圖

3 基坑開挖支護(hù)驗(yàn)算

本文對(duì)開挖完成后的樁基支護(hù)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，應(yīng)用理正深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及Midas-GTS 分析系統(tǒng)程序，采用瑞典條分法，計(jì)算壓力作用下，樁基的整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、抗隆起穩(wěn)定、內(nèi)側(cè)土反力及位移驗(yàn)算，穩(wěn)定計(jì)算成果見圖2～圖4。

圖2 樁基分析計(jì)算模型圖

圖3 內(nèi)力位移成果圖

圖4 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖5 地表沉降圖

從計(jì)算結(jié)果看出，整體穩(wěn)定計(jì)算均滿足規(guī)范要求。

樁基后期作為副廠房的基礎(chǔ)，承載上部土壓力的作用，樁基頂部最大水平向位移約為14mm。如設(shè)計(jì)中能夠把樁基與主廠房的外墻保持14cm 以上的間距，那么主廠房將不受到樁基側(cè)傳來的壓力，對(duì)主泵房的穩(wěn)定及受力計(jì)算都將帶來有利影響。

4 泵房穩(wěn)定計(jì)算

4.1 地質(zhì)基礎(chǔ)資料

站泵房站身底板頂面高程為4.1m，泵房基礎(chǔ)位于⑦1層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖中，硬塑、堅(jiān)硬，允許承載力為350kPa，摩擦系數(shù)為0.45；6.0 高程以上為④層重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土，強(qiáng)度高，微透水性，允許承載力為250kPa，摩擦系數(shù)為0.45，內(nèi)摩擦角φ 為20°，粘聚力C 為37kPa。

表1 樁基穩(wěn)定計(jì)算過程表

表2 荷載組合計(jì)算成果表（單位：kN）

4.2 荷載組合

基本組合。完建工況：工程已建設(shè)完成，尚未運(yùn)行，無水；設(shè)計(jì)運(yùn)行工況：前池水位取最高運(yùn)行水位。

特殊工況。檢修工況：前池水位為最低運(yùn)行水位。

按照上述各工況的狀態(tài)不同而考慮的計(jì)算荷載有：泵站結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備自重、揚(yáng)壓力、土壓力。

4.3 整體穩(wěn)定計(jì)算

4.3.1 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算：

式中：Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

ΣG—作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載（包括泵房基礎(chǔ)底面上的揚(yáng)壓力在內(nèi)，kN）；

ΣH—作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部水平荷載，kN；

f—泵房基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，取f=0.45。

4.3.2 基底應(yīng)力計(jì)算

泵站基底應(yīng)力按下式計(jì)算：

∑Mx、∑My—作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部水平向和豎向荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面形心軸x、y 的力矩，kN·m；

Wx、Wy—泵房基礎(chǔ)底面對(duì)于該底面形心軸x、y的截面矩，m3；

A—基礎(chǔ)底面面積，m2。

4.3.3 基底應(yīng)力不均勻系數(shù)

式中：η—地基應(yīng)力不均勻系數(shù)。

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，結(jié)合泵站位置處的地質(zhì)參數(shù)，對(duì)三種工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算。泵房穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

表3 泵房穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算得知，泵站抗滑、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)以及應(yīng)力不均勻系數(shù)等均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

七里一站屬于深基坑開挖及高回填泵站，設(shè)計(jì)中，對(duì)比考慮到了施工、拆遷及投資的影響，采用了樁基支護(hù)進(jìn)行基坑開挖。

（1）深基坑開挖時(shí)，開挖放坡會(huì)對(duì)周邊的建筑物地基造成影響；采用樁基支護(hù)，可有效避免此類影響，且不會(huì)造成房屋拆遷等問題；

（2）此次設(shè)計(jì)，樁基后期是作為副廠房的基礎(chǔ)使用，土壓力作用后將產(chǎn)生位移，基礎(chǔ)與主泵房外墻的傳力尚不能明確。為了能夠保證主泵房的穩(wěn)定安全，明確計(jì)算荷載，可將樁基與主泵房之間空出20cm 間距，這樣兩者之間將獨(dú)立起來，沒有力的相互作用。

（3）泵房施工后，地面回填高度很大，土壓力將會(huì)產(chǎn)生很大的水平推力。施工中，應(yīng)采用黏性土回填，并壓實(shí)，增加土體之間的粘聚力，減少高填土的水平側(cè)壓力，保證泵房安全穩(wěn)定。