大跨度地下泵房結構計算分析

薛 杰

(安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥 230088)

水利工程因場地限制、水機沖排水要求、機電設備布置、景觀要求等常需要設置大跨度的地下泵房結構。目前,專門針對水利工程大跨度地下泵房的計算理論較少。經研究,可通過類比空箱擋墻地板、墻身的結構計算理論分析大跨度地下泵房結構,分析結果對今后大跨度地下泵房的設計具有指導意義。

1 計算參數及方法

泵房底板頂高程8.5m,底板底高程7.6m,底板厚0.9m,地下部分尺寸7.8m×12.2m×7.53m(寬×長×高),墻厚0.7m,底板中心線尺寸7.1m×11.5m,布置于橡膠壩的右岸。泵房地下結構為空箱式,墻內無填土,墻外填土高程為15.13m。

填土濕容重為19.5kN/m3,浮容重為10 kN/m3,鋼筋混凝土容重為25kN/m3,水的容重取10 kN/m3,填土內摩擦角取20度。混凝土等級為C30,彈性模量EC=3.0×107kPa;受力鋼筋為Ⅲ級。根據文[1] 附錄C空箱擋墻底板、墻身部位的結構計算方法類比計算泵房地下結構。

2 地下泵房結構計算

2.1 墻身結構計算

圖1 墻身結構計算簡圖

空箱式擋土墻墻身在距墻身和底板交線1.5Lx區段以內可按梯形荷載作用下的3邊固支、1邊自由的雙向板計算,其余部分可按單向板或連續板計算。結構計算簡圖如圖1所示。內力可按式(1)計算：

(1)

表1 墻身內力計算結果表(負值表示負彎矩)

2.2 底板結構計算

圖2 底板結構計算簡圖

上部結構自重:Q=12721.3kN短邊方向均布荷載集度:q=12721.3/12.2/7.8*1=133.7kN/m

根據文[1]空箱式擋土墻底板可按支承在隔墻上的4邊固支板計算。結構計算簡圖如圖2所示。內力可按式(2)計算。

(2)

表2 底板內力計算結果表(負值表示負彎矩)

根據以上內力計算結果,進行配筋計算。配筋計算結果顯示,配置鋼筋最大直徑為25mm,最小間距150mm,說明截面尺寸擬定基本合理。

3 泵房抗浮計算

取上下游50年1遇水位(校核)水位作為最不利工況進行抗浮計算。上游50年1遇洪水位為14.37m,下游50年1遇洪水位為14.27m。泵房承受上下游水頭差引起的滲透壓力和地下水的浮托力作用。抗浮計算時考慮上部泵房未完工時的工況。

根據文[3]規定,泵房抗浮穩定安全系數應按式(3)計算:

(3)

其中,Kf為抗浮穩定安全系數;∑V為作用于泵房基礎底面以上的除房屋部分的全部重力,kN; ∑U為作用于泵房基礎底面上的揚壓力,kN。

浮托力U1=γh1LD=10×(14.27-7.6)×12.2×7.8=6347.2kN

揚壓力 ∑U=U1+U2=6347.2+47.6=6395kN ∑V=9320kN

抗浮穩定滿足要求。

4 結 論

地下泵房和空箱擋墻在受力特點上有諸多類似之處,不同之處在于:① 泵房內部無填土平衡浮托力,因此必須進行抗浮穩定計算;② 一般泵房四面填土,因此無需進行抗滑穩定計算。

地下泵房由于機電設備的安裝及操作空間要求,一般長、寬、高各方向尺寸均較大,導致受力和配筋面積較大。地下泵房結構受力狀況受制約因素較多,因此立板、底板等尺寸的擬定和空箱擋墻一樣,應根據結構穩定和強度要求等計算后綜合確定。

[參考文獻]

[1] SL379-2007，水工擋土墻設計規范[S].

[2] SL744-2016，水工建筑物荷載設計規范[S].

[3] GB50265-2010，泵站設計規范[S].

[4] 河海大學、武漢大學.水工鋼筋混凝土結構學[M].北京：中國水利水電出版社，2009.