同心县杨河套子水库工程——取水泵站稳定与应力计算

潘向林/宁夏水利水电勘测设计院有限公司

同心县杨河套子水库工程
——取水泵站稳定与应力计算

潘向林/宁夏水利水电勘测设计院有限公司

结合同心县杨河套子水库工程中的湖心式取水泵站设计实例，对泵站通过手算进行抗滑稳定及基底应力分析，其计算结果满足规范要求。

泵站；计算；结论分析

文章以同心县杨河套子水库工程中湖心式取水泵站的设计为例，采用规范简化的方法（即泵站稳定计算采用安全系数法、应力计算采用材料力学法），通过传统手算的方式对泵站进行稳定及应力计算，计算结果满足规范要求，符合设计需要。

1 泵站布置

泵站为湖心式泵站，位于杨河套子主沟出口左岸、固海五干渠西侧的新建水库的东侧，距大坝坝轴线31.6m。泵站共设3台机组，均为混流泵，其中农业灌溉泵站共设2台机组，设计总流量0.97m3/s，净扬程5.0～13.30m，总扬程8.43～14.10m；人饮泵站设计流量0.0056m3/s，净扬程16.3m，总扬程27.16m。泵站与大坝连接交通为钢筋混凝土桥梁，桥梁采用箱式结构，共计2跨28.0m。泵站出水管道采用DN1000mm钢管。

2 泵站结构

泵站采用现浇C30钢筋砼矩形塔式结构，结构外部尺寸为7.2×9.5m，共设1个进水腔室，腔室内部净尺寸为6.0×6.85m，塔底建基面高程1328.30m，底板厚度1.50m，塔顶高程1343.75m，塔高14.65m。砼侧墙壁采用采用0.8m。水塔底板顶高程1330.70m，塔腔内管道设备及检修层高程为1341.20m。泵站进水口中心高程1332.65m，进水口中心高程1333.45m，进水口孔口尺寸1.50×1.50m。进水口设闸门，配套单吊点20t手电两用螺杆式启闭机。

塔顶为设备及交通管理层，共布置2台立式长轴混流水泵灌溉机组、1台人饮潜水泵机组、1台螺杆启闭机、1台检修吊车LD-10以及低压控制柜等设施。根据泵站及电气设备安装等相关规范要求，结构尺寸中到中6.84×9.14m，高6.9m，为单层框架结构。

启闭机室周围设有平台，平台宽2.0m，并设置栏杆，平台与室内地坪齐平，并设工作桥与坝顶连接。坝顶高程1343.00m，塔顶高程1343.75m，较坝顶高0.75m。

泵站基础坐落在中密的角砾地层上。取水泵站剖面图如图图1、图2。

图1

图2

3 泵站稳定计算

3.1 基本参数

①工程地质：泵站所在地的岩性为角砾，地基承载力标准值为280kpa，设计采用250kpa。

②材料容重：各材料的容重取值，如表1。

表1 不同材料的容重

③地震烈度：按80设防。

④风速：多年平均最大风速V0=18.0m/s,多年平均风速为3.3m/s，极限风速36m/s,吹程D=2.10Km。风速加乘系数对设计工况取1.5，校核工况取1.0。

⑤塔基抗剪（剪断）强度指标

3.2计算工况及荷载组合

根据规范，计算工况及荷载组合详见表2。

表2 泵站稳定计算荷载及其组合表

3.3 稳定安全系数

根据规范要求，选取的塔式泵站整体稳定安全系数见表3；土基基底应力最大与最小值之比允许值见表4。

基底应力最大与最小值之比根据地质为中密的角砾，，选取基本组合不允许超过2.00；特殊组合不允许超过2.50。

表3 整体稳定安全系数

3.4 计算公式

式中：R——地基承载力；

Kc′——与抗剪断强度计算相应的抗滑稳定安全系数；

K0——抗倾覆稳定安全系数；

Kf——抗浮稳定安全系数；

σ——建基面上垂直正应力；

ΣW——全部荷载对滑动面的法向分值（包括扬压力）；

ΣP——全部荷载对滑动面的切向分值（包括扬压力）；

f’、c′——坝基面的抗剪断摩擦系数和粘结力；

A——建基面面积；

U——作用于滑动面上的扬压力总和；

ΣMs——建基面上稳定力矩总和；

ΣM0——建基面上倾覆力矩总和；

ΣV——建基面上垂直力总和；

ΣU——建基面上扬压力总和；

ΣMxy、ΣMyx——分别为建基面上垂直力对形心轴X、Y轴的力矩总和；

x、y——分别为建基面上计算点至形心轴X、Y轴的距离；

Jx、Jy——分别为建基面对形心轴X、Y轴的惯性距。

3.5 计算结果

泵站抗滑稳定及基底应力计算结果见表5。根据上述计算结果可知，计算结果满足规范要求。

表5 泵站抗滑稳定及基底应力计算成果表

4.思考及分析

泵站的稳定分析是建筑物设计中的一项重要的内容，其计算内容通常包括四个方面，即抗滑验算、抗倾验算、抗浮验算和地基承载力的验算；而本次计算中只对泵站经行了三个方面的计算，其原因为杨河套子水库采用全断面复合土工膜铺筑，水库施工完成蓄水后不存在漏水问题，并且泵站所在地区不存在地下水，故不考虑地下水产生的扬压力对其的影响，这种考虑是符合实际情况的。

5.结语

通过对工程建筑物受力的简化，在没有结构计算辅助软件的情况下，采用传统手算的计算方法对泵站进行稳定计算，同样可满足工程设计的要求。

[1]中华人民共和国国家标准.泵站设计规范（GB50265-2010）.北京：中国计划出版社，2011年.

[2]中华人民共和国水利行业标准.水闸设计规范(SL265-2001).中国水利水电出版社，2001年.

[3]中华人民共和国电力行业标准.（DL5077-1997）水工建筑物荷载设计规范中国电力出版社1998年.

[4]李艳冬、高宇.泵站厂房稳定分析应用与思考.黑龙江水利科技，N o.2.2010(todalN o.38).

潘向林（1982-12-05），男，助理工程师，本科，主要从事水利工程设计研究。

主要研究方向：水利工程。

W ith the exam ple of pu mp station in the lake of Yang He Tao Zi Reservoir in Tongxi County, the wedge stability analysis and the contact stress was calculated. The calculation results met the requirements of Code of Pumping Station.

Pumping Station; Calculation; Conclusion Analysis