云河灌区泵房稳定校核及水泵梁结构设计

李 岩

(辽宁省阜新水文局， 辽宁 阜新 123000)

云河灌区泵房稳定校核及水泵梁结构设计

李 岩

(辽宁省阜新水文局， 辽宁 阜新 123000)

云河灌区有45万亩农田分布在河流的左岸。取水枢纽位于河流上，枢纽以上控制流域面积7531km2，河道水位较低，常年水位仅在35.5～36.5m，而灌区所处地面高程较高，河流水位不能满足灌溉要求，需建立一座泵站来提水，满足灌溉的水位要求。现泵房布置及各种设备场所的尺寸均已确定，可以进行泵房稳定校核与水泵梁的结构设计和计算。

灌区； 水泵梁； 稳定性； 结构设计

1 基本设计资料

云河灌区有45万亩农田分布在河流的左岸，取水枢纽位于河流上，枢纽以上控制流域面积7531km3。河道水位较低，常年水位仅在35.5～36.5m，而灌区所处地面高程较高，河流水位不能满足灌溉要求，需建立一座泵站进行提水，满足灌溉的水位要求。

灌区的泵房根据水位变化、流量和开挖量大小，选择采用湿室型泵房(墩墙式)。主机组采用一列式布置，立式机组湿室型泵房。18台机组，每台都配有配电柜，还有一台总配电柜和操作台。

泵站纵剖面如图1所示。

图1 泵站纵剖面图

2 泵房稳定校核

稳定校核的目的是检验拟定的泵房尺寸是否合理。如果稳定校核不满足要求，则根据具体情况对原初步设计尺寸进行修改，然后再校核，反复计算，直至合格。

该设计泵房为湿室型，对稳定校核要求较高，所以要进行抗渗、抗倾、抗滑及地基应力的校核。

2.1 抗渗校核

2.1.1 工况

采用上水位为44m，下水位为38m，水头差最大，为最不利抗渗情况。

2.1.2 计算渗径及校核

采用勃莱法：

L=CH

式中C——渗径系数，查表取C=7；

H——上下水位差，H=44-38=6m。

L计=7×6=42m

实际渗径指从入渗点到渗流溢出点的长度。

L实=30+54.8+9.8+14+2.5

L实>L计

所以，渗径满足要求。

2.2 地基应力及抗滑、抗倾校核

2.2.1 工况

泵房完建期。荷载包括泵房及泵房各部分重力(不计活荷载)。

上水位采用灌溉渠道水位，H=44m。

进水池内无水，按底板高程34.6m进行计算。

2.2.2 计算泵房各部重力及对A点的力矩

泵房立面简图见图2。

图2 泵房立面简图

泵房各部重力及对A点力矩计算值如下表所列。

泵房各部重力及对A点力矩计算表

续表

2.2.3 抗倾校核

2.2.3.1 浮力计算

×77.85×1=63.15kN

2.2.3.2 渗透力计算

L实=111.1m，H=6m。

2.2.3.3 抗倾校核

所以，抗倾稳定满足要求。

2.2.4 地基应力校核

2.2.4.1 计算应力

∑G=565.25-63.15-17.52=484.58kN

2.2.4.2 求平均应力

式中γ——土壤浮容重，1.9t/m3(设计资料已经给定)；

b——底板计算宽度，9m；

φ——土壤内摩擦角，25°(设计资料已经给定)；

C——黏聚力，0.5 t/m3(设计资料已经给定)。

=1.54kN/m2>0.69kN/m2

所以，地基承载力满足要求。

3 水泵梁的结构计算

泵房布置及各种设备和场所的尺寸均已确定，可以进行泵房的结构设计与计算。湿室型泵房的结构设计应包括屋盖、吊车梁、屋面梁及水泵梁等。该设计选择水泵梁进行结构计算。

3.1 水泵梁的荷载及内力计算

3.1.1 水泵梁的荷载

水泵梁所受的静荷载为水泵和梁的自重。

查荷载分项系数表可知：永久荷载的分项系数γa=1.05，可变荷载的分项系数γG=1.20。

设计值，G=γaGk=1.05×2.25=2.36tf。

梁自重：标准值，gk=0.4×0.3×2.4=0.29t/m；

设计值，g=γagk=1.05×0.29=0.3t/m。

水泵梁按简支梁计算，计算简图如图3所示。

图3 水泵梁计算简图

3.1.2 内力计算

取ln=3.525m，a=45mm(二类环境条件)。

h0=h-a=400-45=355mm

梁的计算跨度：l0=ln+a=3.525+0.045=3.57m。

l0=1.05ln=1.05×3.525=3.7m， 取l0=3.7m。

跨中弯矩设计值：

=1.60t·m=15.68kN·m

式中γ0——结构重要性系数，查表得1；

φ——设计状况系数，查表得1。

剪力值：

=11.27kN

3.2 配筋

3.2.1 配筋计算

式中γd——结构系数，查表得1.2；

fc——混凝土轴心抗压强度设计值，混凝土选用C25，查表得fc=12.5N/mm2。

式中fy——钢筋抗拉强度设计值，查表得fy=310N/mm2。

选2φ12，As=226mm2。

3.2.2 斜截面承载力计算

0.25fcbh0=0.25×12.5×300×355=332.8kN

γdV=1.2×11.27=13.5kN<332.8kN

所以，截面尺寸满足抗剪要求。

Vc=0.07fcbh0=0.07×12.5×300×355

=93.2kN>γdV=13.5kN

所以，不用配腹筋。

再选2φ12，As=226mm2作为架立钢筋。箍筋4φ8@90，As=352mm2。

3.2.3 配筋图

水泵梁的配筋图如图4所示。

图4 配筋图

4 结 语

a.通过对已设计泵房的抗渗、抗浮、抗滑的稳定性以及地基应力是否超过容许承载力计算，分析得出泵房整体稳定，无需修改泵房布置、结构和尺寸。

b.通过对湿室泵房水泵梁的荷载、内力计算，设计出水泵梁，再通过配筋和斜面承载力计算，绘制出水泵梁的配筋图。水泵梁的结构设计满足泵房要求。

[1] 栾鸿儒.水泵机水泵站[M].北京:中国水利水电出版社,1993.

[2] 丘传忻.泵站工程[M].武汉:武汉大学出版社,2001.

[3] 杨进良.土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

[4] 吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社,1982.

[5] 宋祖诏,张思俊,詹美礼.取水工程[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

Checking of pump room stability and water pump beam structure design in Yunhe River Irrigation District

LI Yan

(LiaoningFuxinHydrologyBureau,Fuxin123000,China)

Yunhe River Irrigation District is provided with farmland of 450000mu, which is distributed on the left bank of the river. Water diversion junction is located on the river. The control river basin above the junction covers an area of 7531km2. Water level of watercourse is lower. Perennial water level is between 35.5～36.5m only. The ground elevation is higher in the irrigation district. River water level cannot meet irrigation requirements. A pump station should be established for obtaining water, and meeting the requirements on water level for irrigation. The current pump room layout and size of all equipment places have been determined. Therefore, pump room stability can be checked, water pump beam structure can be designed and calculated.

irrigation district; water pump beam; stability; structure design

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.010

TV222

A

1005-4774(2017)02- 0035- 05