白胡子泉提水泵站設(shè)計

陽雯 畢桉靖 云南省水利水電勘測設(shè)計研究院

1.工程概述

白胡子泉位于隆陽區(qū)蒲縹鎮(zhèn)羅板村大水井寨子腳，地處怒江左岸水長河支流羅板河上游。白胡子泉調(diào)水工程是《保山壩水生態(tài)建設(shè)工程水資源開發(fā)利用規(guī)劃》新建的眾多項目之一，是規(guī)劃的重點項目和骨干水源。多年平均調(diào)水量3616萬m3，設(shè)計調(diào)水流量1.6m3/s，工程規(guī)模為小（1）型，工程等別為Ⅳ等。提水泵站設(shè)計提水流量Q=1.6m3/s，提水泵站總裝機(jī)12500kW，主要水工建筑物級別為2級，次要建筑物為3級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇。地震基本烈度為Ⅷ度。

2.提水工程布置

在白胡子泉主泉眼1395m高程設(shè)置引水渠，將主泉眼的泉水向西引至泵站引水池（水池設(shè)計水位為1395m），再用管徑1.6m的有壓管道輸水至泵站，經(jīng)泵站提水至位于大水井村的高位水池，出水池設(shè)計水位1834.7m，出水池后接輸水工程。

2.1 廠區(qū)布置

提水泵站擬建于羅板河左岸一級河流階地上，該階地現(xiàn)為小里房子村甘蔗地，緩坡地形，坡度5～8°。泵站主要由引水渠、進(jìn)水池、主廠房、副廠房等組成，副廠房布置于靠河側(cè)，主廠房布置于靠山側(cè)。洪水位分別為1331.80m（P=2%），1332.00m（P=0.5%），廠區(qū)室外地坪高程1331.00m，廠區(qū)擋墻為防洪混凝土擋墻，擋墻頂高程為1332.50m，最大高度6m，廠區(qū)邊坡位于廠區(qū)東南角，邊坡坡比1：0.5，最高邊坡12m左右。泵站平面布置見圖1。

2.2 地質(zhì)條件

圖1 泵站平面布置圖

主廠房擬建于羅板河左岸河流階地，階地南側(cè)為陡坎北側(cè)為河流，局部有基巖出露，巖層產(chǎn)狀240°∠40°，巖層傾向下游偏河谷。巖體主要發(fā)育有兩組節(jié)理裂隙：①93°∠45°、②115°∠46°，裂隙間距0.3m左右，延伸長度一般2～3，裂隙面平直粗糙，泥質(zhì)充填或無充填。巖層傾向與地形坡向斜交，邊坡較穩(wěn)定。經(jīng)鉆探揭露，廠房區(qū)沖洪積砂卵礫石及漂石、孤石層厚約12～15m，該層地基承載力0.2～0.3 Mpa，滿足設(shè)計要求。地下水埋深6～8m，施工涌水問題不大，下伏基巖為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，強風(fēng)化。

3.廠房穩(wěn)定計算

廠房穩(wěn)定分析選取主機(jī)段作為計算單元進(jìn)行分析，計算出不同工況所受荷載，進(jìn)行荷載組合，驗算泵站抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定及地基應(yīng)力分布。荷載組合按《泵站設(shè)計規(guī)范》表6.3.3的規(guī)定采用。

1）計算公式

①抗浮穩(wěn)定計算

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》6.3.6計算

式中：Kf——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

ΣV——作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部重力（kN）

ΣU——作用于泵房基礎(chǔ)底面上的揚壓力（kN）

②抗滑穩(wěn)定計算

泵站廠房為地面廠房，提水泵站廠房置于漂卵石層，匯水泵站置于全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖上，抗滑穩(wěn)定計算采用《泵站設(shè)計規(guī)范》中（6.3.4-3）公式：

式中：

When analyzing the results of revascularization,depending on the degree of ischemia according to Fontein-Pokrovsky classification,the complicated course of the postoperative period prevailed in cases of critical ischemia [Table 5].

Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f—泵房基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)；

ΣH—作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部水平向荷載（kN）；

ΣG—作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載（kN）；

③地基應(yīng)力計算

廠房在地基中產(chǎn)生應(yīng)力，其計算公式采用《泵站設(shè)計規(guī)范》中（6.3.8-1）公式。

式中：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)底面上的揚壓力在內(nèi)，kN）；

ΣM——作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部豎向和水平向荷載對于基礎(chǔ)底面垂直于水流方向的形心軸力矩（kN.m）；

計算中荷載組合按（1）基本荷載組合和（2）特殊荷載組合情況考慮。

（1）基本荷載組合計算二種情況：①完建情況：自重+土壓力+其他荷載；

②設(shè)計應(yīng)用：自重+水重+靜水壓力+揚壓力+土壓力+其他荷載；

（2）特殊荷載組合計算四種情況：①施工：自重+土壓力+其他荷載。②檢修：自重+靜水壓力+揚壓力+土壓力+其他荷載。③校核運用：自重+水重+靜水壓力+揚壓力+土壓力。④地震：自重+水重+靜水壓力+揚壓力+土壓力+地震荷載，其中抗浮穩(wěn)定計算，基本組合考慮②，特殊組合②、③、④。

計算結(jié)果：

在各種工況下，主機(jī)段抗滑、抗浮穩(wěn)定計算結(jié)果及地基應(yīng)力見表1、表2。

由以上計算結(jié)果可知，提水泵站廠房的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值3.67大于2.0，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)最小值3.11大于1.05，最大應(yīng)力162.94kpa小于200kpa，最小應(yīng)力98.98 kpa大于零，且在地震情況下最小應(yīng)力98.98 kpa大于-100 kpa，均滿足規(guī)范要求。

4.上部框架結(jié)構(gòu)計算

提水泵站主廠房和匯水泵站泵房上部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，工程場地地震動峰值加速度為0.2g，中硬場地地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。屋面、吊車梁、柱間聯(lián)系梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震等級為二級。

本階段暫擬泵站框架結(jié)構(gòu)尺寸如下：

本階段對所擬框架柱、梁的斷面尺寸采用PKPM軟件進(jìn)行計算。根據(jù)廠房內(nèi)荷載分布的大小、框架柱的計算高度選取一榀排架進(jìn)行計算，機(jī)組設(shè)備荷載根據(jù)工程類比進(jìn)行取值，分別計算了吊車滿載、吊車空載+風(fēng)荷載、吊車滿載+風(fēng)荷載、吊車空載+地震作用工況，控制工況為吊車滿載+風(fēng)荷載，采用荷載組合為結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備自重、屋面活荷載、樓面活荷載、吊車輪壓、吊車水平制動力、風(fēng)荷載及地震作用。計算內(nèi)力圖見下圖：

表1 主機(jī)段抗滑及抗浮穩(wěn)定計算成果表

表2 主機(jī)段抗滑及抗浮穩(wěn)定計算成果表

表3 泵站框架結(jié)構(gòu)尺寸表

經(jīng)計算分析，梁、柱的斷面尺寸均能滿足要求，其中柱最大軸壓比均為0.10，滿足規(guī)范小于0.75的要求；且層間剛度均勻，不產(chǎn)生薄弱層，層間位移角的最大值為1/850，小于規(guī)范規(guī)定的1/550的要求，屋面框架梁的最大撓度為14.7mm，滿足規(guī)范規(guī)定小于要求。梁的最大裂縫寬度為0.25mm，滿足規(guī)范規(guī)定小于0.3mm的要求。說明本階段擬定斷面尺寸滿足要求。

圖4 提水泵站結(jié)構(gòu)計算簡圖

5.結(jié)語

根據(jù)白胡子泉水文氣象、地形地質(zhì)條件，結(jié)合工程建筑物布置，在下一步技施設(shè)計工作中，進(jìn)一步優(yōu)化泵站設(shè)計，實現(xiàn)雙贏。