大跨度地下泵房结构计算分析

薛 杰

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

水利工程因场地限制、水机冲排水要求、机电设备布置、景观要求等常需要设置大跨度的地下泵房结构。目前,专门针对水利工程大跨度地下泵房的计算理论较少。经研究,可通过类比空箱挡墙地板、墙身的结构计算理论分析大跨度地下泵房结构,分析结果对今后大跨度地下泵房的设计具有指导意义。

1 计算参数及方法

泵房底板顶高程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(宽×长×高),墙厚0.7m,底板中心线尺寸7.1m×11.5m,布置于橡胶坝的右岸。泵房地下结构为空箱式,墙内无填土,墙外填土高程为15.13m。

填土湿容重为19.5kN/m3,浮容重为10 kN/m3,钢筋混凝土容重为25kN/m3,水的容重取10 kN/m3,填土内摩擦角取20度。混凝土等级为C30,弹性模量EC=3.0×107kPa;受力钢筋为Ⅲ级。根据文[1] 附录C空箱挡墙底板、墙身部位的结构计算方法类比计算泵房地下结构。

2 地下泵房结构计算

2.1 墙身结构计算

图1 墙身结构计算简图

空箱式挡土墙墙身在距墙身和底板交线1.5Lx区段以内可按梯形荷载作用下的3边固支、1边自由的双向板计算,其余部分可按单向板或连续板计算。结构计算简图如图1所示。内力可按式(1)计算：

(1)

表1 墙身内力计算结果表(负值表示负弯矩)

2.2 底板结构计算

图2 底板结构计算简图

上部结构自重:Q=12721.3kN短边方向均布荷载集度:q=12721.3/12.2/7.8*1=133.7kN/m

根据文[1]空箱式挡土墙底板可按支承在隔墙上的4边固支板计算。结构计算简图如图2所示。内力可按式(2)计算。

(2)

表2 底板内力计算结果表(负值表示负弯矩)

根据以上内力计算结果,进行配筋计算。配筋计算结果显示,配置钢筋最大直径为25mm,最小间距150mm,说明截面尺寸拟定基本合理。

3 泵房抗浮计算

取上下游50年1遇水位(校核)水位作为最不利工况进行抗浮计算。上游50年1遇洪水位为14.37m,下游50年1遇洪水位为14.27m。泵房承受上下游水头差引起的渗透压力和地下水的浮托力作用。抗浮计算时考虑上部泵房未完工时的工况。

根据文[3]规定,泵房抗浮稳定安全系数应按式(3)计算:

(3)

其中,Kf为抗浮稳定安全系数;∑V为作用于泵房基础底面以上的除房屋部分的全部重力,kN; ∑U为作用于泵房基础底面上的扬压力,kN。

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

扬压力 ∑U=U1+U2=6347.2+47.6=6395kN ∑V=9320kN

抗浮稳定满足要求。

4 结 论

地下泵房和空箱挡墙在受力特点上有诸多类似之处,不同之处在于:① 泵房内部无填土平衡浮托力,因此必须进行抗浮稳定计算;② 一般泵房四面填土,因此无需进行抗滑稳定计算。

地下泵房由于机电设备的安装及操作空间要求,一般长、宽、高各方向尺寸均较大,导致受力和配筋面积较大。地下泵房结构受力状况受制约因素较多,因此立板、底板等尺寸的拟定和空箱挡墙一样,应根据结构稳定和强度要求等计算后综合确定。

[参考文献]

[1] SL379-2007，水工挡土墙设计规范[S].

[2] SL744-2016，水工建筑物荷载设计规范[S].

[3] GB50265-2010，泵站设计规范[S].

[4] 河海大学、武汉大学.水工钢筋混凝土结构学[M].北京：中国水利水电出版社，2009.