泵站基底应力计算时扬压力荷载组合

云南水力发电

YUNNAN WATER POWER第35卷第5期

泵站基底应力计算时扬压力荷载组合

吴建明，李有华，夏权斌

(红河州水利水电勘察设计研究院，云南蒙自661100)

摘要：深埋式泵站扬压力的确定对其隐定、承载力及变形验算起着重要作用，计算工况的合理选择是工程安全、可靠、经济的前提。基础挖深较大的泵站其地质、地形条件通常较为复杂，上下游水头差受地下水位影响大，无法较精确得出各工况下基底扬压力的大小。通过长桥海水库扩建工程东坝排涝泵站这一工程实例对泵站基底应力计算时扬压力荷载的组合进行总结和分析。关键词：泵站；上下游水头差；扬压力；基底应力；荷载组合中图分类号：TV131.1

文献标识码：A

文章编号：1006-3951(2019)05-0074-03

DOI： 10.3969/j.issn. 1006-3951.2019.05.018

Load Combination of Uplift Pressure in Base Stress Calculation of

Pumping Station

WU Jian-ming, LI You-hua, XIA Quan-bin

(Research Institute of investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower in Honghe Prefecture,

Mengzi 661100, Yunnan, China)

Abstract: The determination of uplift pressure of deep buried pumping station plays an important role in its stability, bearing capacity and deformation checking calculation. The reasonable selection of calculation conditions is the premise of engineering safety, reliability and economy. The geological and topographic conditions of pumping stations with large foundation digging depth are usually more complicated. The upstream and downstream water head difference is greatly affected by the groundwater level, so it is impossible to accurately determine the uplift pressure of the basement under various working conditions. Based on the example of Dongba drainage pumping station of Changqiaohai reservoir expansion project, the combination of uplift pressure load in the calculation of the foundation stress of the pumping station is summarized and analyzed.

Key words: pump station; upstream and downstream head difference; uplift pressure; base stress; load combination

i工程概况

长桥海水库兴建于1954年，于1958年、

69.1 Xl04m3,其水量经泵站提水后最终流入长桥 海水库、作为灌溉用水，排涝工程是长桥海水库 扩建工程的重要组成部分。

东坝排涝工程全长2.473km，由引水渠、检修 闸、进水池、泵房及提水管组成，排涝泵站单机 设计流量1.6m3/s,装机2 x 110kW,设计扬程8.38m, 装设2台卧式混流泵。

1966年2次扩建，历经1988年和2002年2次除 险加固后总库容达到5 200.6 xl04m3,近期实施 的长桥海水库扩建工程完工后，总库容将达到 5 719.9X l〇V，兴利库容增力口 743x l〇V。 长桥海水库扩建工程由引水工程、分库扩容工 程和东坝排涝工程组成。东坝排涝工程采用的排 涝设计标准为5a 1遇、Id设计暴雨5d排至耐淹水 深[1 ]。根据规划成果，5d排至耐淹水深的水量为

2地质条件

泵站站址处地形平缓，坡度角小于5°，区

* 收穑日期：2019-03-12

作者简介：吴建明（1976-），男，云南石屏人，髙级工程师，主要从事水工设计工作。

吴建明，李有华，夏权斌泵站基底应力计算时扬压力荷载组合75

间均为土体、无刚性岩体构造特征，自上而下为 第四系湖积灰黑色含淤泥质粘土、粉土层和高 液限杂色粘土层上及含钙质结核粉土夹粘土 层，以上土体呈可塑至硬塑状，具弱至中等膨 胀性。泵站基础置于第四系湖积高液限杂色粘 土层上，该层土体呈可塑状，抗剪强度偏低 (0=11。~ 16。，c=19 ~ 25kPa)

,

1284.02m、最低运行水位1 283.33m。泵房地坪高 程1 287m,建基面高程1280.7m，基础置于第四 系湖积高液限杂色粘土层上，最大挖深5.9m。

泵房平面尺寸长l〇.8m (水流方向）、宽 15.25m (垂直水流方向），泵房下部为箱形结构、 髙3.9m, C25钢筋混凝土衬砌厚0.7m,泵房建基 面为第四系湖积髙液限杂色粘土层上，抗剪强度 偏低，因此采用板式基础[2’3];泵房上部厂房为 框架结构、总髙8.85m。泵房左侧为安装间，平 面尺寸长4.8m、宽10.8m，单层框架结构、髙8.85m, 基础采用阀板式基础。配电房位于安装间左侧， 平面尺寸长4.8m、宽10.8m，单层框架结构、层 髙4.2m,采用独立柱基础。

压缩性中~高

(ai_2=0.29 ~ OWMPa—1)，地基承载力[R ] =0.161MPa ~ 0.219MPa，砌体与地基土间的摩擦 系数 f 为 0.25 ~ 0.3。

泵站站址处地势较低，是地表、地下水汇集 之地，地下水位高（据钻孔资料显示，雨季地下 水位在1283.821 ~ 1 283.833m之间，处于地面以 下平均2_2m左右）。

4泵房基底应力计算时扬压力荷载组合

根据GB50265-2010《泵站设计规范》（以下

3泵房布置

主泵安装高程为1 284.33m,进水池特征水 位为：最高运行水位1284.4m、设计运行水位

称规范）第6.3.3条[4]，用于泵房稳定分析的荷 载组合可按表1进行。

表1规范中泵房稳定分析荷载组合和计算工况表

荷

荷载组合

计算工况

自重

水重

静水压力—

V

载浪压力

—

扬压力

—

土压力

淤沙压力

—

风压

—

冰压力

—

土的冻胀力

—

地震荷载

—

其他荷载

兀速

基本组合

设计运用冰冻施工

特殊组合

检修校核运用地震

VVV

—

V

a/

VV

—

—

VV

—

———

>/

-s/

——

—

VV

V-s/

———

—

—

VVV

—

—

VVV

—

VVV

——

—

———

VVV

VVV

V

——

规范第6.3.3条同时还进行了“必要时还应考 虑其他可能的不利组合”的规定。

基础埋深较大的的泵房上下游水头差往往 受地下位的影响大，无法较精确的确定，上下 游水头差是扬压力计算的主要依据，在此情况 下的基底应力计算分析时，考虑按最不利情况 进行组合[5]。

长桥海水库扩建工程排涝泵站主泵房与安装 间之间设有变形缝，稳定分析主要针对主泵房进 行。结合工程实际情况及参考重力坝应力计算时 “计入扬压力工况下坝体上游面的垂直应力不出 现拉应力”等的一些相关规定[6]，主泵房基底应 力计算时其荷载组合和计算工况按是否计人扬压 力选择见表2。

76

云南水力发电2019年第5期

表2

主泵房基底应力计算荷载组合和计算工况表

荷载计算荷载

荷载

组合

工况

自重+设计运行水位 基本自重+设计洪水位下 设计期

的静水压力和扬压力

组合

的静水压力+ 土压力

+ 土压力特殊 自重+扬压力 检修期组合I

+ 土压力

w 自重+土压力 + 入

计

自重+最高运行水位扬自重+最髙运行水扬 特殊校核运 下的静水压力和扬压压位下的静水压力+

压 组合I

用

力+ 土压力 力

土压力

力

自重+设计运行水位

自重+设计运行水位 特殊 地震

的静水压力和扬压力 的静水压力+ 土压力

组合n

+ 土压力+地震

+地震

泵房结构布置及受力情况不对称，基础底面 应力计算根据规范式6.3_8-2进行。

严

I |

脈

A

~

Wx

~

Wy

式中：

房基础底面应力的最大值或最小

值；2X?—作用于泵房基础底面以上的全部竖向荷 载，kN;

栗房基础底面面积；IX、

^

用于泵房基础底面以上的全部水平向和竖向荷载 X才于基础底面形心轴；《：、>；的力矩；％、％—菜房 基础底面对于该底面形心轴X、少的截面矩。

工程基础最大埋深达5.9m,而站址处地势较 低，地下水位较高、且受降雨等因素的影响波动 较大，泵房四周土体成分较复杂，且分布不均匀， 因此泵房上下游水位、基础土体及回填料的渗透 系数确定存在一定的难度[7]，另泵房基底轮廓较 为平顺，无板桩等较大的突起，综合以上因素， 扬压力计算时采用直线分布法[8]，检修期泵房上 下游水位按与雨季地下水位齐平、其余计算工况 泵房上下游水位按与该工况对应的各特征水位齐 平考虑（雨季地下水位高于最低运行水位）。见 表3。

由上表可看出，各种荷载工况组合下不计扬 压力时计算所得的基底应力最小值63_04kPa,而 计人扬压力时的基底应力最小值仅为16_94 kPa,

相差3.72倍。不计扬压力计算时所得的基底应力 最大值140.51 kPa,而计入扬压力的基底应力最大 值仅为70.41 kPa,相差2倍。

表3

基础底面应力计算成果表

基础底面应/kPa

荷载组合

不均勻最小值

最大值系数基本组合

80.53123.031.53特殊组合I (检修）

不计扬

77.45126.111.63特殊组合I (校核洪水位）压力

80.10123.451.54特殊组合n63.04140.512.23基本组合27.43

52.931.93特殊组合I (检修）计入扬22.45

56.012.49特殊组合I (校核洪水位）

压力

22.8

51.152.24特殊组合n

16.94

70.41

4.16

5结语

对于偏心结构，扬压力计入后，基底应力

最大值和最小值都会减小，最小值甚至会出现 负值，而不计扬压力的计算所得的基底应力最 大值和最小值都会增大，最大值甚至大于地基 允许承载力。

长桥海水库扩建工程东坝排涝栗站计算实例 说明，是否计入扬压力时计算所得的基底应力最 小值之比达3.72、最大值之比达2。对于泵房上 下游水位确定困难和土体成分较复杂且分布不均 勻的，建议基础底面应力计算时荷载组合按扬压 力是否计人分别进行，按最不利的计算成果根据 规范要求判定基底应力是否满足规范要求，以确 保工程安全。

参考文献：

[1 ] GB50288—2018灌溉与排水工程设计标准[S ].

[2 ]国振喜.简明钢筋混凝土结构构造手册[M ].北京：机械工业出 版社，2009.

[3 ] GB50007—2011建筑地基基础设计规范[S ].[4] GB50265-2010泵站设计规范[S].

[5 ]岳传析.取水输水建筑物丛书泵站[M ].北京：中国水利水电 出版社，2004.

[6 ] SL319-2018混凝土重力坝设计规范[S ].

[7]中国地质调査局.水文地质手册：第二版[M].北京：地质出版 社，2012.

[8 ]李炜•水力计算手册：第二版[M ] •北京：中国水利水电出版社， 2006.