更新改造泵站毗邻建筑物基础优化研究

刘 洋

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

目前我国老旧水工建筑物的更新改造和扩建加固更是迫在眉睫。其中更新改造泵站工程最为复杂,存在分布数量多、环境局限大、涉及专业广等问题。典型问题具体表现为改扩建增加机组,增设副厂房配备电气设备、改善外观满足建筑审美等。其中新老建筑物基础存在交叉碰撞,常规设计导致的基础大偏心、受力不明确、传力不清晰等问题极不合理,亟待解决。

1 工程实例

1.1 定远县炉桥更新改造工程四级站

炉桥四级站经鉴定为三类建筑物。原泵站为卧式机组斜坡引水式分基型站房,装机4台套,层高8.5m,钢筋混凝土框架结构。现改建为3台卧式机组,为节省空间布置,另一端纵向增建副厂房如图1所示。纵向增建副厂房层高5m,总长20.70m,宽11.60m。

图1 炉桥四级站建筑平面图

1.2 定远县炉桥更新改造工程二级站一分站

炉桥二级张一分站经鉴定为三类建筑物,二级站一分站原主厂房,钢筋混凝土框架结构,整体状况尚可。更换水泵、电机并整体横向扩建副厂房,层高5m。

1.3 淮南朱集更新改造工程一级站

朱集一站泵房经鉴定为3类建筑物,泵房上部结构需维修加固,扩建方式同定远县炉桥二级站一分站,横向扩建副厂房。 新增副厂房紧邻厂房出水侧布置,净高4.5m。

2 各工程工况分析

各工程的工况表1所列。

表1 工程各工况一览表

3 偏心基础优化设计及对策

3.1 偏心基础设计方法

偏心基础应遵循对称布置。当偏心较大时,可设计成不对称的形状,柱子的形心应尽量与基础底面形心重合。如必须出现偏心,不宜过大,应尽量控制偏心产生的影响[7]。在偏心荷载作用下应满足:

(1)非抗震设防条件下。需同时满足Pk≤fa和Pkmax≤1.2fa。[2]其中,Pk为基底平均压力;Pkmax为基底边缘最大压力;fa为修正后的地基承载力特征值;

(2)抗震设防条件下需同时满足P≤faE和Pmax≤1.2faE;且基础底面与地基土之间的零应力区(相互脱离区)面积满足相关要求,不宜超过基础底面面积的15%当有可靠依据且保证建筑物稳定的情况下,适当允许基底出现拉应力,可以放松至30%～50%[2][7]。其中,P为考虑地震作用效应标准组合的基底平均压力;Pmax为考虑地震作用效应标准组合基底边缘最大压力;faE为调整后的地基抗震承载力;

3.2 偏心基础优化设计方案

设计方案的比选如表2所列。

表2 偏心基础设计方案比选

图4 炉桥四级站

图5 炉桥二级站

图6 朱集一级站

4 结 论

原泵站纵向改扩建时,由于框架柱不占用空间,优先选择梁式联合基础解决偏心基础问题,应设基础梁或暗梁(按弹性地基梁方法验算),并尽量使基础顶的柱形心与基础底面形心重合。

原泵站横向改扩建时,新建框架柱紧临原厂房,新旧基础碰撞影响较大。上部结构基础梁悬挑框架柱的方式转换传力途径。偏心荷载按非抗震设防或抗震设防的计算条件进行验算。独立基础面积过大(保证零应力面积小于基底底面面积15%)时,可考虑梁式联合基础。当土质较差,尤其遇到杂填土、淤泥质土或含有软弱下卧层等情况。可采用桩基础,通过桩承台悬挑框架柱转换传力途径,同时承台间横向设拉梁,增加结构整体性。当上部传递荷载较大时,除增加承台刚度,承台内框架柱间应设暗梁,防止劈裂破坏。