項(xiàng)目5 任務(wù)七 泵房的整體穩(wěn)定分析

同學(xué)們大家好，歡迎大家走進(jìn)水泵與水泵站的課堂。在任務(wù)六中我們知道泵房的尺寸包括泵房的長度、跨度(寬度)和高度，是根據(jù)泵房內(nèi)部設(shè)備的布置、泵房的結(jié)構(gòu)形式等確定的。在完成泵房內(nèi)部布置及尺寸初步擬定后，在不同的情況下都能保證泵房自身的整體穩(wěn)定，還必須進(jìn)行泵房整體穩(wěn)定分析。項(xiàng)目五

泵房設(shè)計(jì)下面我們共同進(jìn)入任務(wù)七泵房的整體穩(wěn)定分析這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)。泵房整體穩(wěn)定分析,它包括抗滑、抗?jié)B、抗浮穩(wěn)定計(jì)算及地基應(yīng)力校核等內(nèi)容。濕室型和塊基型泵房需進(jìn)行抗?jié)B、抗滑及地基應(yīng)力校核;分基型泵房只需進(jìn)行基礎(chǔ)的基底壓力驗(yàn)算;干室型泵房需進(jìn)行抗滑、抗?jié)B、抗浮穩(wěn)定計(jì)算及地基應(yīng)力驗(yàn)算。如果不能滿足要求，則必須對(duì)泵房內(nèi)的設(shè)備布置或其尺寸進(jìn)行調(diào)整，對(duì)地基進(jìn)行處理,直到滿足穩(wěn)定要求后才能進(jìn)行泵房有關(guān)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)計(jì)算。泵房在各種不利荷載組合的情況下，都應(yīng)保證整體穩(wěn)定。首先是地基的穩(wěn)定，泵房基底壓力不應(yīng)超過地基土的允許承載力,以免地基產(chǎn)生過大的沉陷或不均勻沉陷，或深層滑動(dòng)，在滲透水流作用下，應(yīng)保證地基的滲透穩(wěn)定,不產(chǎn)生管涌和流土現(xiàn)象。對(duì)泵房本身,應(yīng)保證抗滑穩(wěn)定和抗浮穩(wěn)定。由于穩(wěn)定計(jì)算時(shí)已控制了泵房地基應(yīng)力不均勻系數(shù),故一般不需要做泵房的抗傾穩(wěn)定驗(yàn)算。在整體穩(wěn)定分析之前，首先要選擇可能出現(xiàn)的最不利荷載組合，干室型和墩墻、箱型濕室型泵房整體穩(wěn)定分析時(shí)，通常按下列幾種荷載組合情況進(jìn)行計(jì)算：（一）泵房的荷載組合（1）完建期：土建工程和設(shè)備安裝已完成,但尚未投人運(yùn)行,進(jìn)出水側(cè)均無水，但岸墩及后墻已回填土,泵房承受建筑物和設(shè)備的自重，如果出水側(cè)建有擋土墻，泵房還承受側(cè)向土壓力。(2)正常運(yùn)行期。進(jìn)、出水建筑物均為設(shè)計(jì)水位，泵房除承受完建期的各種荷載外，還承受過水部分的水重，以及設(shè)計(jì)水位情況下的浮托力、滲透壓力和側(cè)向水壓力。對(duì)于堤身式排水泵房，進(jìn)、出水側(cè)水位指相應(yīng)于泵站抽排設(shè)計(jì)流量時(shí)的水位，對(duì)于堤后式泵房來說，進(jìn)水側(cè)水位為設(shè)計(jì)內(nèi)水位，出水側(cè)水位由該地區(qū)地下水的埋藏深度確定。（3）非常運(yùn)行期：進(jìn)、出水側(cè)均取最高水位。（4）檢修期：泵站應(yīng)在低水位時(shí)進(jìn)行檢修。進(jìn)水建筑物清淤時(shí)，需將建筑物內(nèi)的水抽干，墩墻式濕室型和箱式濕室型泵房檢修水泵時(shí)，可逐孔，只抽空一孔進(jìn)水建筑物的水。穩(wěn)定計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況確定檢修期泵房的荷載。計(jì)算中作用的主要荷載有泵房自重、水壓力、浪壓力、滲透壓力、浮托力等，地震力的考慮由建筑物等級(jí)及地震力的大小面定，前述荷載均可歸納為水平和垂直兩個(gè)方向的力。工況荷載組合自重靜水壓力浮托力滲透壓力土壓力泥沙壓力浪壓力完建期√√——√——正常運(yùn)行期√√√√√√√非常運(yùn)行期√√√√√√√檢修期√√√√√√√1．表層抗滑穩(wěn)定分析式中：Kc

——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；[Kc]——允許的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，按照地基類別、荷載組合和泵站

建筑物級(jí)別查《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265—2010）取用；ΣG——作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載總和，kN；（二）抗滑穩(wěn)定分析ΣH——作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部水平荷載之和，kN；f——泵房基礎(chǔ)底面與地基間的摩擦系數(shù)，非巖基可按下表取值。地基類別軟塑粘土壤土砂壤土、砂土中等堅(jiān)硬摩攘系數(shù)0.20～0.250.25～0.350.35～0.450．25～0.400.35～0.40當(dāng)?shù)装宸挚p時(shí)，可按任一跨間的基礎(chǔ)底作為一個(gè)計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算，各跨間之間考慮沉陷縫間力的傳遞作用。如果計(jì)算后發(fā)現(xiàn)不滿足抗滑穩(wěn)定的要求，在不專門增加泵房重量的前提下,可采取下列措施予以調(diào)整，重新計(jì)算:

(1)降低后墻及岸墩的填土高度,減少邊載作用;(2)控制回坡土高度，盡量避免選用飽和粘土回填，根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧锨闆r，可以優(yōu)先選用粗粒土料或石料，以增大土壤的內(nèi)摩擦角;

(3)在填土側(cè)加筑排水設(shè)施，控制地下水位，降低后墻及岸墩滲水壓力。

（4）設(shè)置齒坎或在泵房出水側(cè)加設(shè)或加長阻滑板。設(shè)置齒坎式中A0——齒坎內(nèi)側(cè)面積，㎡；C——地基土的凝聚力，kPa。設(shè)置阻滑板或鋪蓋式中G1—阻滑板自重及阻滑板或鋪蓋上的水重，kN。2．深層抗滑穩(wěn)定分析式中——軟弱夾層表面處地基附加應(yīng)力、自重應(yīng)力，kPa；

KG’——深層抗滑安全系數(shù)；[KG’]——深層抗滑安全系數(shù)允許值。

粘土地基取0.20，沙土地基取0.25。（三）抗浮穩(wěn)定分析由于干室內(nèi)不允許進(jìn)水，在高水位時(shí)浮力很大，必須進(jìn)行抗浮穩(wěn)定校核?？垢》€(wěn)定校核可選擇泵房土建施工完畢，機(jī)組未安裝，四周未回填土，泵房四周水位達(dá)最高洪水位時(shí)。此時(shí)抗浮力為泵房土建部分自重，有屋面系統(tǒng)、磚墻、水下墻及底板等,各部分自重的方向朝下，浮托力為泵房淹沒于水下部分同體積的水的重量,方向朝上?？垢》€(wěn)定程度的安全系數(shù)為抗浮力與浮托力之比，必須大于等于允許的抗浮安全系數(shù)，根據(jù)水工建筑物的要求取1.1~1.2。如果不滿足抗浮穩(wěn)定要求,可考慮增加泵房的自重或?qū)⒌装暹m當(dāng)伸出并回填土以利用其上的水重及士重,從而加大泵房的抗浮能力。式中KB

——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；[KB]——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)允許值，1.10～1.20，根據(jù)建筑物的等級(jí)而定；

ΣG——泵房土建部分的重量，以及泵房底板伸出段上的填土重和水重，kN；

ΣV——泵房淹沒于水下同體積的水重，kN。對(duì)于濕室型和塊基型泵房及干室整泵房，由于泵房本身直接承受因進(jìn)、出水側(cè)水位差而造成的水平推力及滲透壓力和浮托力，所以泵房順?biāo)鞣较虻拈L度除滿足機(jī)組本身有關(guān)的要求外，還要考慮泵房穩(wěn)定及滲徑長度所需要的地下輪廓尺寸，特別是在軟土地基上修建大型排水站，更要十分重視。（四）抗?jié)B穩(wěn)定分析為了滿足一定滲徑長度的要求，主要是依靠泵房地板長度，以及利用出口處的防滲板，并且在滲流溢出處設(shè)反濾層及鋪蓋等措施，以防止管涌和流土產(chǎn)生,避免地基土滲透變形,確保泵房的整體穩(wěn)定。

地下輪廓線(或稱滲徑)是從水流的入滲點(diǎn)開始沿建筑物的不透水地下輪廓到滲流的逸出點(diǎn)。

1、分析方法抗?jié)B穩(wěn)定分析為了保證地基土的滲透穩(wěn)定性，泵房及其連接建筑物不透水部分的地下輪廓線長度，必須大于不產(chǎn)生滲透變形所需的滲徑長度。中小型泵站設(shè)計(jì)中，常用勃萊法或萊茵法計(jì)算最小滲徑長度。1）勃萊法式中

CB——勃萊系數(shù)；LH、LV——水平、鉛直防滲長度，m；H——作用水頭，m。2）萊茵法式中

CL——萊茵系數(shù)。勃萊系數(shù)和萊因系數(shù)土壤類別勃萊系數(shù)萊因系數(shù)無反濾層有反濾層無反濾層有反濾層淤

泥12.08.0砂極

細(xì)粒8.56.0細(xì)

粒9～106.07.04.9中

粒8.04～56.04.2粗

粒8.04～55.03.5礫

石7.03.5～4.03.52.5黃

土7～83.5～4.0粘壤

土6～73.0～3.5粘土中

密2.01.5密

實(shí)1.81.5極

密實(shí)1.61.52.防滲措施

如果實(shí)際的地下輪廓線長度小于允許的滲徑長度，則必須采取工程措施，加大地下輪廓線。布置防滲措施的原則是上擋下排。一種措施是使地下輪廓線水平伸展，即在緊靠泵房底板的進(jìn)水側(cè)增設(shè)不透水的防滲鋪蓋;另一種措施是垂直延伸，在泵房底板上設(shè)齒坎,在底板下打板樁。另外，在出水側(cè)布置反濾層。

(1)水平防滲(防滲板或鋪蓋)。要求在長期使用下不透水,并能適應(yīng)泵房及地基的變形。按建筑材料的不同有混凝土、瀝青混凝土等防滲板或鋪蓋。其長度一般為泵房最大水頭的1~2倍。(2)反濾層構(gòu)造。反濾層是由粒徑不同的無黏性砂礫組成，粒徑自下而上逐漸加大，二般采用3~4層,每層厚度0.10~0.30m。如自下而上為細(xì)砂(粒徑d=0.05-2mm)、中砂(粒徑d=0.5~10mm)、細(xì)石(d=1~2.5mm)碎石(d=6-12mm),反濾層長度一般取5~10m,其上部設(shè)置鋪蓋，鋪蓋上有φ5的排水孔，呈梅花形布置。1、分析方法為了保證地基的整體穩(wěn)定,在各種荷載組合情況下，泵房基礎(chǔ)底部對(duì)地基的壓力(基底壓力或地基反力)應(yīng)符合要求，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)(即最大基底壓力與最小基底壓力的比值)不應(yīng)大于規(guī)定的允許值。泵房的基底壓力，可按偏心受壓公式計(jì)算。（五）地基穩(wěn)定分析1）地基應(yīng)力

式中

ΣY—作用在泵房上的所有豎向荷載，kN；B——泵房底板在偏心方向的寬度，m；L——泵房底板長度，m；e——泵房上的所有荷載向底板中心簡化的偏心距，m；[R]——地基承載力，kPa。2）地基應(yīng)力不均勻系數(shù)

在進(jìn)行地基穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，除校核地基承載能力外，還要校核地基應(yīng)力不均勻的分布程度，在受偏心荷載作用下地基過大的不均勻沉陷，可能導(dǎo)致泵房傾斜，影響機(jī)組正常運(yùn)行；或拉裂沉陷縫的止水，影響防滲，應(yīng)避免發(fā)生過大的不均勻沉陷，所以必須將泵房基底壓力的不均勻系數(shù)η限制在一定的范圍內(nèi)。式中[η]——地基應(yīng)力不均勻系數(shù)允許值，由下表查詢。

若η值不能滿足要求，可調(diào)整泵房內(nèi)部布置，或改變泵房結(jié)構(gòu)尺寸或采取工程措施，減小站后土壓力和水壓力，使基底壓力分布盡量均勻。Pmax及Pmin相差過多是不利的,特別是在軟土地基上會(huì)造成基礎(chǔ)的傾斜;對(duì)于基礎(chǔ)底面和基土脫離也是不允許的，即在一般情況下:Pmax≤[R]Pmin>0。對(duì)于重要的大型排水站來說，還需要進(jìn)行地基的變形計(jì)算,計(jì)算地基的最大沉降量，校核其變形是否滿足設(shè)計(jì)要求，以確定沉降量，保證地基的變形完成后,建筑物的標(biāo)高接近于設(shè)計(jì)標(biāo)高。2、常用的地基處理措施當(dāng)在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)不能滿足地基穩(wěn)定要求時(shí)，可以針對(duì)具體情況采取下述措施:(1)將底板向進(jìn)水側(cè)或出水側(cè)方向延長，利用改變基礎(chǔ)寬度的辦法，減小偏心程度。(2)用減輕(挖空)或增加(填砂、土或放水)某一側(cè)及某一部位的重量的方法，使地基應(yīng)力分布盡量均勻。(3)改變底板的底部形狀，如做成齒墻狀或反拱、反連拱狀，或者根據(jù)需要將部分底板做成向進(jìn)水側(cè)或出水側(cè)方向傾斜，以達(dá)到降低進(jìn)口或出口處擋土墻高度的目的，對(duì)泵房的穩(wěn)定有利。

(4)進(jìn)行必要的地基處理，如換砂基或打板樁及加做阻滑板等。采取上述措施后,都會(huì)不同程度地改變垂直力或水平力的數(shù)