薄壁對撐式結構在泵站進水前池及進水池中的應用

王 鋒

一、常見中小泵站進水（前）池結構形式比較

在中小泵站建設中，泵站進水前池和進水池常見結構形式有：兩側擋土墻加分離式底板結構、U型槽結構、對撐重力式邊墻加分離式底板結構、復合式結構和箱式結構等。其中以兩側擋土墻加分離式底板結構最為常見。其結構形式簡單，計算簡便，應用最為廣泛。皖北地區(qū)近年來建設的泵站進水池和進水前池多采用這種結構形式。U型槽和對撐重力式結構在一些流量較小且進水池寬度較小的灌溉站和排污站中使用較多，箱式結構成本較高，很少使用，蚌埠市八里溝東排澇站進水池采用的就是這種結構形式。

泵站常用的幾種進水前池及進水池的主要特點見表1。

通過表1和對比實際工程經(jīng)驗，目前常用的兩側擋土墻加分離式底板結構的進水前池和進水池整體性相對較差，對地基條件要求較高，而且在經(jīng)濟性方面也有明顯不足，隨著材料價格的上漲，兩側擋土墻結構，尤其是漿砌塊石擋土墻結構較鋼筋混凝土結構已無明顯優(yōu)勢可言。

相對來說，對撐式復合結構雖有明顯不足，但在整體性和經(jīng)濟性上較其他形式有明顯優(yōu)勢。因此考慮在這種結構形式的基礎上加以優(yōu)化，以達到在完全滿足進水前池和進水池主要功能的條件下，實現(xiàn)工程經(jīng)濟性和安全性的雙贏。

二、薄壁對撐結構在泵站進水（前）池的應用

經(jīng)反復比較和多次模擬試算，結合在中小型泵站設計中積累的經(jīng)驗，筆者將對撐式U型槽結構的進水前池及進水池加以優(yōu)化，首次將薄壁對撐式結構應用于泵站進水池及進水前池，并于2010年在蚌埠市懷遠縣黃疃窯排澇站中成功試用，大大節(jié)約了工程投資，取得了良好的經(jīng)濟效益，其后多次在阜陽小長溝站、伍明北站、懷遠上橋站、蒙城益溝站等泵站的建設中使用，均取得了良好的經(jīng)濟效益。

圖1 阜陽小長溝排澇站進水池結構圖

表1 進水前池及進水池結構形式比較表

圖2 完建期基本荷載組合sig-eff變形及應力等值線圖

圖3 完建期基本荷載組合梁Mxy等值線圖

圖4 完建期基本荷載組合最不利跨梁Mxy等值線圖

表2 小長溝站進水池及進水前池方案工程量比照表 單位：（m3）

薄壁對撐式結構進水池結構主要特點是：結構沿進水池中軸線對稱，結構輕便，采用框架結構作為結構受力的主體，由板直接承受荷載并傳遞給框架，即用梁板結構代替對撐式U型槽的大底板和邊墻。

以單跨單層薄壁對撐式進水池及進水前池為例，根據(jù)分析計算及工程經(jīng)驗，考慮結構整體性及保護層等因素，邊墻及底板厚一般取350～500mm。每榀對撐框架間距根據(jù)工程經(jīng)驗取2500～3500mm?？蚣芙Y構上部對撐梁也就是上梁承受彎矩很小，結構尺寸梁高一般取凈跨的1/14，底板對撐梁梁高一般取凈跨的1/10，兩側邊墻勒梁高度一般為上下?lián)瘟洪g凈距的1/5～1/6。

三、分析計算

以阜陽小長溝排澇站進水前池及進水池為例試算，基本結構尺寸如圖1。

前池墻頂高程30.2m，順水流向長13.5m，池寬由5.9m漸變?yōu)?.5m，擴散角20°，底高程由25.2m以1∶4坡漸變到23m，進水池長3.8m，寬9.5m，底高程23m。

以完建期為例進行進水前池及進水池整體進行應力分析，結果如圖2。

以完建期為例進行進水前池及進水池對撐框架內(nèi)力分析，基本荷載組合條件下框架彎矩如圖3、圖4。

由上述分析可見，該結構受力條件較好，各部分結構尺寸均能滿足安全需要。另外經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，由于該結構整體自重較輕，底板反力較小，地基承載力較小的情況可以避免地基處理。

四、對撐式結構進水池優(yōu)勢

為了進一步說明該結構的經(jīng)濟性，小長溝站進水池及進水前池設計中對采用兩側擋土墻加分離式底板方案和薄壁對撐式方案主要工程量進行了比較，比較結果如表2。

由表2可見，相同條件下方案二土方的挖填量和鋼筋混凝土的用量較方案一都有明顯優(yōu)勢。

可見這種薄壁對撐式結構繼承了對撐U型槽結構整體性好、較為經(jīng)濟的優(yōu)點，采用梁板結構使其鋼筋混凝土用量相對于對撐式U型槽結構的大大減小，可顯著節(jié)約工程投資。也正是由于采用了梁板結構取代了U型槽的大厚度底板，使池下反濾層得以在梁間薄板下布置，有效避免了U型槽結構反濾層布置困難的缺點。由于框架結構布置較靈活，結構自重較小，通過單跨、多跨、單跨多層、多跨多層等框架形式的組合可以有效適應不同工程環(huán)境，包括大跨度、大挖深結構以及地基承載力較低的情況