水利工程泵站結構設計及流道優化設計研究

劉琳

長江勘測規劃設計研究有限責任公司 廣東廣州 510000

在現在這個時代進行泵站設計與施工是城市工程建設的一個重要環節。隨著城市人口的增多以及人們生活質量的提升還有工業生產的需求增多等因素，生活生產用水需求越來越多。此篇文章是以泵站結構設計為基礎，并結合泵站結構設計的實際情況，以及擁有以往的經驗通過科學的角度對泵站設計中模型和荷載計算做出了分析。做出了泵站結構設計的基本準則。希望能為泵站設計的不斷完善提供一些借鑒。

1 泵站設計的主要內容

1.1 通過模型對泵站結構進行計算

為泵站結構建立起設計與運算的數字模型，需要在泵站結構設計中依據泵站的結構特點與功能化成便于計算的部分。泵站地下部分以鋼筋混凝土為建模標準，垂直壁板的計算過程中要注意長寬比，低于0．5的地下部分以單向板結構計算，大于0．5的地下部分以雙向板計算；泵站地上部分以框架結構為建模標準，要注意模型構建的合理性和結構的完整性。

1.2 關于泵轉荷載的數據計算

在進行荷載計算的時候，要根據泵站設計的基本準測以及施工的實際操作和工程的實際要求，對泵站結構進行平面計算，最重要的是做好泵站自重、土壓、活荷載、靜水壓力、工作荷載等與泵站結構和強度相關的計算，以便確保設計出來的泵站結構符合施工的實際情況和使用的基本要求，從負荷上確保泵站的穩定。

1.3 泵站結構設計的基本原則

泵站結構設計要堅持適當原則，第一點，泵站結構設計首先要符合當下的施工實際需求以及當前的施工技術，從而保證泵站結構設計的能夠被運用和實施出來，還要盡量保證泵站設計的合理性，以及保證泵站受力方向的明確性，從而保證在施工與運用時確保其安全性，間接的保證了泵站的經濟目標。第二點，泵站結構設計要在以安全為最根本準則下進行設計，在泵站設計中要根據建設地址的土壤松軟度，以及地質情況進行設計，因為泵站結構施工中需要進行挖掘和填埋，所以還要在設計中充分利用地形，以避免出現大量的挖掘和填埋，更高效的做到泵站結構的安全。第三點，泵站結構設計要根據實際施工情況和建設需求進行選型，以此來進行泵站結構設計工作從而保證整個泵站的結構尺寸是最優，減少泵站結構出現過多的裂縫影響結構功能，同時提高泵站結構對震動、溫差、負荷的抵抗能力，確保泵站結構的強度。第四點，泵站結構設計要考慮經濟成本問題，在設計泵站結構過程中應該結合施工地點的情況，利用當地的特點采取合適的措施，從而控制泵站結構建設的成本。例如：在泵站結構設計中要考慮材料的選擇，最好選擇當地就有的材料來建造以控制泵站結構的造價，從成本上進行合理的設計。

2 泵站結構設計中需重要注意的方向

2.1 如何增強混凝土的防腐能力

設計工作中應根據泵站混凝土結構的特點做好各方面的處理和強化，做到對腐蝕作用的有效防治。一方面要做好泵站混凝土結構溶解性腐蝕的防治設計，要在設計中控制混凝土pH值，避免在pH值超標而出現腐蝕性離子的溶解，預防泵站混凝土結構外部的“泛鹼”，控制腐蝕性離子對鋼筋、混凝土結構的腐蝕，確保泵站混凝土結構的強度與耐久性。另一方面要做好泵站混凝土結構周圍土壤腐蝕的防治設計，在設計中根據土壤中存在的硫酸根、碳酸根、氯酸根離子的特點，采用化學防護和物理保護相結合的措施，確保混凝土結構的性能，控制鋼筋腐蝕的速度，做到從設計的角度實現泵站混凝土結構的高抗腐蝕性能。此外，在設計中可以應用防腐涂料來對抗混凝土腐蝕問題，例如：可以在設計中增加噴涂防腐涂料——環氧粉末，以此來達到提高泵站混凝土結構的抗滲性和防腐性，使泵站混凝土結構對鹽堿、水分、二氧化碳等腐蝕性物質的抵御能力大幅度提升，做到對混凝土結構的保證，進而從設計的角度提高了泵站結構抗腐蝕性能。最后，在設計中還可以通過規范施工技術來做到對防腐蝕性能的提升，例如規范施工環境，加強混凝土表面等方式都可以實現對腐蝕的有效防治。

2.2 強化泵站結構設計應與施工方密切聯系

泵站設計牽涉的專業較多，工藝較復雜，各專業之間的配合就顯得尤為重要。工藝及通風、配電等各專業應與土建專業多溝通，例如：池壁與池壁之間、壁板與底板之間的構造加腋（八字角）要求；如水工藝不允許加腋，應向土建設計人員講明。對于各專業設備需要在板上或池壁上開洞的位置，應提前與土建設計人員溝通，避免與結構發生沖突。另外，土建設計人員應盡量滿足水工藝要求，以設計規范為依據，專業之間互相配合，對一些構造措施應區分情況，靈活掌握。設計與施工緊密相連，設計應切合施工、方便施工。例如：水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300-500mm處留置施工縫，設計人員應考慮施工要求，在此范圍內避免設計有預留洞、預埋管、懸挑梁板等。設計應多了解新的施工工藝、新材料、新技術、新方法。

3 對泵站流水道的優化

針對流道的優化可以借助網格計算，這是建立有限元模型的重要基礎。在具體優化中要全面結合泵站的能力，有限元分析中劃分的網格會對計算精度產生影響。針對數值優化，要結合進水流道與出水流道的流動數值。借助軟件完成三維形體造體后，對于不同區域可以采用相應的網格類型，還要考慮到網格尺寸結合了進水流道流場。計算區域網格剖分可以借助非結構網格剖分，針對進水流道發生銜接的前池可以借助混合網格剖分，前池的優化采用結構化網格剖分，出水直管的計算可以采用混合網格剖分。網格的劃分會對數值計算的收斂精度產生影響，所以，在優化中要多次反復比較，以獲得最有效的網格。

4 結語

在泵站設計工作中要重點強化結構設計，并以科學、合理的結構來確保泵站的整體穩定與安全運行，設計時應當把城市未來建設的方向和施工地點的實際情況以及泵站在這一地點所處的功能結合在一起，再從方案，施工地址特點，材料選取，建設方式自己建設能力等方面對泵站以最合理的價格來達到合理的強化，以此來實現泵站實用和價值上的平等，從而對城市工程建設科學化，合理化做以有效支撐。