陈郢泵站安全鉴定中的建筑物复核计算分析

李世民

（安徽省水利部淮委水利科学研究院 安徽合肥 230088）

0 引言

泵站是我国水利基础设施的重要组成部分，对防洪、排涝、灌溉、供水、环保和航运等方面均具有十分重要的作用。主要建筑物是泵站枢纽的核心组成部分，主要建筑物的安全稳定是泵站正常运行的前提和保证，因此泵站运行一定年限后需要定期对泵站进行安全鉴定，从而确保泵站的安全运行。根据《泵站安全鉴定》（SL-2015）的规定，泵站安全鉴定应分为全面安全鉴定和专项安全鉴定。全面安全鉴定范围应包括建筑物、机电设备、金属结构等；专项安全鉴定范围宜为全面安全鉴定中的一项或多项。泵站安全鉴定工作，应按下列程序进行：1）现状调查分析；2）现场安全检测；3）工程复核计算分析；4）安全类别鉴定；5）安全鉴定工作总结。泵站工程复核计算分析的主要内容应包括工程概况、基本资料、工程规模复核、建筑物复核计算分析与评价、机电设备复核计算分析与评价、金属结构复核计算分析与评价、泵站工程安全类别综合评价与建议等。本文主要对霍邱县陈郢泵站进行建筑物的复核分析计算与评价工作。

1 工程概况

霍邱县排灌管理总站陈郢泵站位于城西湖蓄洪大堤桩号37+830处，老站于1968年12月动工兴建，1970年建成运行至2003年，机电设备老化，泵房倾斜，穿堤箱涵开裂，堤后多处翻砂鼓水，危及泵站本身及城西湖蓄洪大堤的安全。2003年陈郢泵站安全鉴定综合评定为四类泵站。

淮河水利委员会2003年批复实施城西湖蓄洪区陈郢泵站重建工程项目。重建工程按5年一遇排涝标准设计，排水面积67 km2，排涝流量21 m3/s，设计净扬程7.3 m；灌溉面积44.7 hm2，灌溉流量6.7 m3/s，灌溉净扬程5.3 m。安装6台1200ZLB-85型立式轴流泵，叶片安装角度为+2°，转速为490 r/min，排涝设计工况下扬程为8.20 m，流量为3.65 m3/s，效率为86%；灌溉设计工况下扬程为6.48 m，流量为4.2 m3/s，效率为87.0%。配6台YL5004-12型异步电动机，单机功率为400 kW，总装机2400 kW。

工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，次要建筑物级别为4级，陈郢泵站穿堤涵洞建筑物级别与堤防同为2级。泵站由进水渠、进水闸、前池及进水池、堤后式泵房、压力水箱、控制段、穿堤涵洞和防洪闸等建筑物组成的组成。泵房纵剖视图及横剖面图分别见图1及图2。

图1 泵房纵剖视图

2 建筑物存在的问题

陈郢泵站自建成投入运行十多年来，对城西湖蓄洪区的排涝及周边的灌溉发挥了重要作用。但建成十多年来未进行过建筑物的维修及改造，建筑物目前存在主要问题如下：

1）泵房内、外墙粉刷层剥落严重，屋面渗水。外墙铝塑板施工工艺粗糙，材料质量差，已退色、脱落。管理房屋顶渗水，内外粉刷严重脱落。

2）进水前池减压井部分淤堵，另有少部分井内滤料流失。

3）外河高水位引水灌溉时，排涝进水闸无反向止水功能，只能通过调节防洪闸开度控制进水量，人为提高了灌溉扬程。

4）出口防洪闸启闭机左前侧排架柱开裂，左侧排架柱底部出现钢筋外露锈蚀缺陷；启闭机房顶部圈梁与墙体结合部位出现水平向裂缝。

3 建筑物复核计算分析与评价

3.1 水力学条件复核

主要进行了泵站排涝进水闸过流能力复核。

根据排涝进水闸水位流量条件，按高淹没度宽顶堰进行计算，对于平底闸，当堰流处于高淹没度（hs/H0≥0.9）时，闸孔总净宽应按规范推荐的下列公式计算：

式中：Q——过闸流量，m3/s；

B0——闸孔总净宽，m；

H0——计入行近流速水头的堰上水深，m；

hs——由堰顶算起的下游水深，m；

μ0——淹没堰流的综合流量系数。

现状进水闸为3孔，单孔净宽4.0 m，闸上设计运行水位为19.40 m，闸底板高程16.40 m。经计算，当B0=12 m时，Q=48.62 m3/s大于排涝设计流量21.0 m3/s，排涝进水闸过流能力满足排涝要求。

3.2 站基抗渗稳定复核

陈郢泵站为堤后式，站基渗流轮廓线包括穿堤涵洞和站身基础轮廓线两部分。外河侧（淮河）防洪水位为27.90 m，对应城西湖蓄洪区内水位为18.9 m，最大水头差为9.0 m。根据《水闸设计规范》（SL265-2001），站基防渗长度按下式计算：

式中：L——站基防渗长度，m；

ΔH——最大水位差，m，本工程为9.0 m；

C——渗径系数，站基座落于细砂层上，C取9～7。

站基渗流稳定复核计算结果见表1。

图2 泵房横剖面图

表1 站基渗流稳定复核计算表

从计算结果可以看出，站基实际渗流轮廓线长度大于计算渗径长度，满足规范要求。

3.3 抗滑稳定复核

陈郢泵站泵房为整体底板结构，泵房底板厚0.8m，钢筋混凝土结构，尺寸沿主水流方向长19.0 m，垂直于主水流方向30.4 m。

根据抗滑稳定计算方法，不同工况下泵房的地基应力、不均匀系数及抗滑稳定安全系数计算成果见表2。

表2 泵房稳定复核计算表

根据地质报告，陈郢泵站泵房地基所在土层承载力为140 kPa。根据计算结果，陈郢泵站泵房的基底应力小于允许地基承载力，不均匀系数以及抗滑安全系数均能满足规范要求。

3.4 结构强度复核

根据陈郢泵站的总体布置和泵房结构特点，在现有资料的基础上，对该泵站泵室（混凝土底板、侧墙、水泵梁、电机梁）及穿堤箱涵等主要部位进行结构强度复核。

3.4.1 泵室底板及墩墙强度复核

陈郢泵站湿室型泵房为钢筋混凝土整体筏板式基础，钢筋混凝土墩墙与基础相连。参考原设计资料并结合本次现场检测资料，混凝土强度等级取原设计值与检测值的小值，根据原设计断面，现场检测泵室混凝土平均碳化深度3 mm，计算厚度扣减混凝土的碳化深度，对泵室下部结构进行结构计算。泵室结构以完建期为计算条件，考虑边荷载的影响，按照弹性地基框架进行计算，验算底板及墩墙的受力和结构配筋情况。泵室结构半幅荷载及弯矩计算结果见图3、图4。

图3 泵室结构半幅荷载图（完建期，100%计入边荷载）

图4 泵室结构半幅弯矩图（单位：kN·m，100%计入边荷载）

根据计算结果可知，陈郢泵站泵室钢筋混凝土底板及边墙的实际配筋面积均大于计算配筋面积，满足设计要求，结构强度满足现行规范要求。

3.4.2 泵室水泵梁及电机梁强度复核

水泵梁及电机梁两端固结在钢筋混凝土墩墙上，故按照固结连续梁进行计算，水泵梁原设计截面尺寸为80 cm×45 cm，计算跨度为4.2 m；电机梁原设计界面尺寸为80 cm×70 cm，计算跨度为4.2 m。水泵梁（电机梁）所受荷载为自重、楼板传递荷载、水泵（电机）及附属结构所产生的荷载。水泵梁及电机梁弯矩计算结果见图5、图6。

根据计算结果可知，陈郢泵站泵室水泵梁及电机梁的实际配筋面积均大于计算配筋面积，满足设计要求，结构强度满足现行规范要求。

图5 水泵梁弯矩计算图（单位：kN·m）

图6 电机梁弯矩计算图（单位：kN·m）

3.4.3 穿堤箱涵结构强度复核

穿堤涵洞共两孔，C25钢筋混凝土结构，主要承受土压力、水压力和堤顶交通车辆的荷载。现选取填土压力大的标准断面进行穿堤箱涵的结构内力计算，以验证现有结构尺寸和配筋量能否满足本次的规划设计条件和现行规范要求。原设计断面净尺寸为2×3.0 m×3.0 m，底板厚度为0.5 m、顶板厚度为0.55 m、中隔墙厚度为0.4 m、两侧侧墙厚度均为0.55 m，现场检测泵室混凝土平均碳化深度6 mm，计算厚度扣减混凝土的碳化深度，计算工况选取箱涵内无水，按照弹性地基上的平面框架结构计算。穿堤箱涵涵内无水时荷载及弯矩图见图7。

图7 穿堤箱涵内无水时荷载及弯矩计算图

根据计算结果可知，陈郢泵站的穿堤箱涵在无水工况时各部位实际配筋面积大于现状配筋面积，满足设计要求，结构强度满足现行规范要求。

3.5 抗震安全性复核

根据国家地震局2015年出版的《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）（50年超越概率 10%），工程区地震动峰值加速度为0.05 g，反应谱特征周期为0.35 s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。根据《水工建筑物抗震设计规范》，陈郢泵站无需进行抗震安全复核。

3.6 泵站建筑物的安全类别评价

根据安全复核计算结果，初步评价如下：

1）过流能力

排涝设计工况时，排涝进水闸过流能力满足排涝要求。

2）渗透稳定

站基实际渗径长度大于计算渗径长度，满足规范要求；站基的水平渗流坡降计算值小于规范规定值，出口渗流坡降计算值大于规范规定值，实际设计采取高喷截渗墙进行防渗后满足规范要求。

3）整体稳定

根据计算结果，泵房的基底应力小于允许地基承载力，不均匀系数以及抗滑安全系数均能满足规范要求。

4）结构强度

泵室及穿堤箱涵等主要结构强度复核结果如下：

泵室底板及墩墙：经复核，结构强度均满足规范要求；

泵室水泵梁及电机梁：经复核，结构强度均满足规范要求；

穿堤箱涵：经复核，结构强度满足规范要求。

综上，泵站建筑物建议评定为二类。

4 结论

通过以上对陈郢泵站主要建筑物的复核分析计算，结果表明陈郢泵站主要建筑物结构是安全的，建筑物类别评定为二类，从而为后期泵站的更新改造提供技术支持。只有定期对泵站进行安全鉴定与复核，才能保证泵站的安全稳定运行，从而发挥应有的作用。