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块基型泵站的稳定性校核

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:通常,为了满足一定的渗径长度要求,主要是依靠泵房底板长度,以及利用出口处的防渗板,并且在渗流溢出处设置反滤层及铺盖等措施,以防止管涌和流土产生,避免基土渗透变形、确保泵房的整体稳定要求。其长度一般为泵站最大水头的1~2倍。它包括抗滑稳定计算及地基应力校核等内容,以达到既经济而又安全可靠的要求。该法适用于任何地质条件及荷载条件,而且考虑到地基中不同土层原有的物理力学性质及应力状态。

块基型泵站的稳定性校核

根据水力设计和设备布置初步拟定泵房的尺寸之后,还要进行抗渗、抗滑以及地基承载能力的校核,确保泵房在各种外力作用下,不产生滑动倾倒和过大的不均匀沉陷。

(一)地下轮廓线的设计

堤身式块基型泵房,由于泵房本身直接承受因进、出水侧水位差而造成的水平推力及渗透压力和浮托力,所以泵房顺水流方向的长度除了满足机组本身所需要外,还要考虑泵房稳定及渗径长度所需要的地下轮廓尺寸。特别是在平原湖区上修建大型排水站,更要十分重视。通常,为了满足一定的渗径长度要求,主要是依靠泵房底板长度,以及利用出口处的防渗板,并且在渗流溢出处设置反滤层及铺盖等措施,以防止管涌和流土产生,避免基土渗透变形、确保泵房的整体稳定要求。

1.水平防渗设备 (防渗板或铺盖)

水平防渗设备要求在长期使用下不透水,并能适应泵房地基的变形。按建筑材料的不同有黏土、黏土混凝土、沥青混凝土等防渗板或铺盖。其长度一般为泵站最大水头的1~2倍。

2.反滤层设备

反滤层系由粒径不同的无黏性土壤组成。粒径自下而上逐渐加大,一般采用三层,每层厚度约20~30cm,自下而上为中砂(粒径d=0.5~1.0mm)、粗砂(d=1~2.5mm)、碎石(d=6~12mm)。反滤层长度一般为5~10m,其上部设置铺盖,铺盖上有φ5cm的排水孔,呈梅花形状布置。

(二)泵房的整体稳定校核

在完成泵房内部布置及尺寸初步拟定后,为了论证泵房在不同的情况下工作时,均能保证自身的整体稳定性,还需要进行稳定校核。它包括抗滑稳定计算及地基应力校核等内容,以达到既经济而又安全可靠的要求。

1.计算情况的选择

在整体稳定分析之前,首先要选择可能出现的最不利荷载组合,一般可按下述四种情况考虑。

(1)竣工情况。是指工程建完初期,进、出水侧均无水,但岸墩及后墙已回填土

(2)设计情况。是指泵站运行情况,对于堤身式泵房来说,进、出水侧水位相应于泵站抽排设计流量时的水位;对于堤后式泵房来说,进水侧水位为设计内水位,而出水侧按该地区地下水的埋藏深度而确定。

(3)校核情况。是指泵站非常运行情况,进出水侧均取最高水位。

(4)止水失效情况。是指出水池底板和消力池连接处的止水失效,从而使渗径长度减少。对于堤身式泵站来说,这种情况还需进行校核,此时进出水侧水位取与设计情况相同。

计算情况中作用的主要荷载有泵房自重、水压力、土压力、浪压力、渗透压力及浮托力等。(www.xing528.com)

上述荷载均可归纳为水平和垂直的两个方向的力。

2.抗滑稳定计算

对于修建在软土地基上的泵站由于地基承载力小,当同时承受水平及垂直荷载时,泵房基础可能发生表面滑动或深层圆弧滑动,通常根据临界垂直荷载的大小予以判断。如果泵房底板所受的平均地基应力小于或等于临界垂直荷载时,地基将发生表面滑动,否则,将按深层圆弧滑动处理。若为表面滑动,可以按式(4-3)进行抗滑稳定计算。

3.地基稳定计算

在进行地基稳定计算时,除校核地基承载能力外,还要校核地基应力不均匀的分布程度,以避免发生过大的不均匀沉陷。

如果地基资料齐全,对于重要的大型排水站来说,还需要进行地基的变形计算,计算地基的最大沉降量,校核其变形是否满足设计要求,借以确定预留超高量,保证地基的变形完成后,使建筑物的标高接近于设计标高。

地基的变形计算,水工建筑物的沉降量以建站施工期为最大,估计在软土地基一般可以完成总沉降量的40%~60% 。因此,除计算最终沉降量外,还必须估计在施工期间建筑物可能完成的沉降量和建成以后的剩余沉降量及延续时间。地基变形计算通常广泛采用单向压缩分层综合法。该法适用于任何地质条件及荷载条件,而且考虑到地基中不同土层原有的物理力学性质及应力状态。它假定基土在侧限条件下发生压缩而造成地基变形,所以,可利用侧限土层的压缩量计算公式进行计算。为了使地基变形计算较为简便和准确,而将整个地基厚度按土的物理力学性质和应力状态的不同而划分为许多分层,使每分层内附加应力沿深度的分布近于直线规律,然后,计算各分层的压缩量,从而将所有的压缩量值加在一起,即得到地基的最终变形量。

地基应力校核,可按干室型泵房地基应力校核的方法进行近似计算。

总之,泵房的稳定分析计算是一项繁琐而又十分重要的工作,泵房满足稳定要求后,才能进行各部位的结构计算,稳定计算过程中往往要调整数次才能满足要求。为了使得泵房在各种荷载组合的作用下均能达到自身稳定,首先必须要做到泵房的本身荷载应尽量对称,防止其偏心过大,否则难以调整。

如果在设计中发现不能满足要求时,那么可以针对具体情况采取下述相应的措施。

(1)将底板向进水侧或出水侧方向延长,利用改变基础宽度的办法,调整偏心程度。

(2)用减轻(如挖空)或增加(填沙或充水)某一侧及某一部位的重量的方法,使地基应力分布尽量均匀。

(3)改变底板的底部形状,如做成齿形墙形状或板状,或者根据需要将部分底板做成向进水侧或出水侧倾斜,以达到降低进口或出口处挡土墙高度,对泵房的稳定有利。

(4)进行必要的处理,如换砂基或打板桩及加做阻滑板等。

应该值得注意的是,当采取上述措施后,都会不同程度地改变垂直力或水平力的数值,所以必须重新校核泵房的抗滑稳定性。

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