臨河圩泵站安全鑒定中的建筑物復核計算分析

郭 思 怡

(安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽 合肥 230088)

1 工程概況

臨河圩位于無為縣西部，坐落在無為縣蜀山鎮(zhèn)和泉塘鎮(zhèn)境內(nèi)，南界西河，東界永安河，是無為縣萬畝以上大圩之一。臨河圩全圩集水面積140 km2，圩內(nèi)耕地13.25萬畝。全圩分東西兩個排水片，其中東排水片集水面積94.3 km2，耕地面積8.45萬畝；西排水片集水面積45.7 km2，圩內(nèi)耕地4.8萬畝。東排水片有11座排灌站，裝機功率3 180 kW，排澇流量40.4 m3/s。西排水片西河站等5座泵站，裝機總功率2 210 kW，排澇流量25 m3/s，臨河圩泵站主要將臨河圩部分澇水排出至西河。

臨河圩泵站始建于1973年，1992年進行了技改，技改為裝機6臺130 kW機組和1臺55 kW機組，總功率835 kW，排澇流量10.2 m3/s。1992年技改時水工建筑維持當時現(xiàn)狀。

臨河圩泵站工程由內(nèi)河至西河沿軸線方向主要由進水閘、進水池、站房、壓力水箱、出水池及出水閘組成。進出水方式為正向進水側(cè)向出水。

2 建筑物存在的問題

建筑物目前存在主要問題如下：

1)進水閘墩墻漿砌塊石砂漿脫落，常水位以下砌筑砂漿剝蝕嚴重，剝蝕深度為4 cm～5 cm，兩孔閘門均為預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，止水橡皮損壞，閘門混凝土表面剝蝕，局部骨料裸露。啟閉機梁鋼筋銹脹，梁體表面脹裂，局部出現(xiàn)露筋。

2)機房下部泵室為漿砌石結(jié)構(gòu)，水泵梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵梁混凝土表面剝蝕嚴重，骨料裸露，剝蝕較深。電機梁坐落于塊石墩墻上，漿砌石墩墻局部勾縫砂漿脫落，機房為磚混結(jié)構(gòu)，木制門窗年久失修，房頂局部滲漏，粉刷墻皮局部位置脫落。機房墻體結(jié)構(gòu)損壞，墻腳開裂顯示地基土產(chǎn)生了不均勻沉降，屋面局部滲漏水。

3)壓力水箱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分縫止水橡皮多數(shù)被拉斷，箱涵內(nèi)壁混凝土表面剝蝕，骨料裸露形成麻面，局部形成孔洞，孔內(nèi)鋼筋裸露銹蝕嚴重。

4)出水閘主體為漿砌石結(jié)構(gòu)，漿砌塊石砂漿脫落，常水位附近砌筑砂漿剝蝕嚴重，兩扇閘門均為預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩扇閘門普遍出現(xiàn)露石，局部出現(xiàn)露筋，止水橡皮老化。出水閘排架鋼筋及啟閉機梁鋼筋銹蝕局部混凝土脹裂。

3 復核計算分析與評價

3.1 進水閘過流能力復核

現(xiàn)狀進水閘上游側(cè)為圩區(qū)排澇引水渠，為漿砌石結(jié)構(gòu)，順水流方向長度3.0 m。進水閘為2孔，單孔凈寬均為2.6 m，渠底為漿砌石護底。

根據(jù)規(guī)劃成果，該閘設計排澇流量為11.40 m3/s，相應的閘上水位為7.5 m，閘下游水位為7.4 m。

根據(jù)SL 265—2001水閘設計規(guī)范，排澇工況下，因hs/h0>0.9，故閘孔過流為高淹沒度堰流，閘孔過流按下式計算：

其中，B0為閘孔總凈寬，m；Q為過閘流量，m3/s；H0為計入行近流速水頭的堰上水深，m；g為重力加速度，取9.8 m/s2；hs為由堰頂算起的下游水深，m；μ0為淹沒堰流的綜合流量系數(shù)。

進水閘現(xiàn)狀過流能力為13.38 m3/s，大于規(guī)劃流量，滿足過流要求。

3.2 抗滑穩(wěn)定復核

根據(jù)規(guī)劃確認的工程運行條件和建筑物級別，按照現(xiàn)有的設計規(guī)范，對閘室、泵室穩(wěn)定重新復核計算。

1)計算公式。

其中，Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；G為作用于建筑物基礎底面以上的全部豎向荷載,kN；∑H為作用于建筑物基礎底面以上的全部水平向荷載,kN；f為建筑物基礎底面與地基之間的摩擦系數(shù)。

基底應力按下式計算：

其中，Pmax,pmin為泵房基礎底面應力的最大值或最小值,kPa；∑Mx,∑My為作用于建筑物基礎底面以上的全部水平向和豎向荷載對于基礎底面形心軸x,y的力矩,kN·m；Wx,Wy為基礎底面對于該底面形心軸x,y的截面矩,m3；A為基礎底面面積,m2。

基礎底面應力不均勻系數(shù)按下式計算：

η=pmax/pmin。

其中，η為地基應力不均勻系數(shù)。

2)穩(wěn)定安全系數(shù)。

本次安全復核的臨河圩泵站的主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，安全系數(shù)允許值參見GB 50265—2010泵站設計規(guī)范及SL 265—2001水閘設計規(guī)范。

3.2.1泵房穩(wěn)定復核

臨河圩泵站泵房為筏式基礎，漿砌石全墩墻結(jié)構(gòu)型式。臨河圩泵站為圬工結(jié)構(gòu)，總長6.9 m，寬24.5 m，底板高程4.5 m，厚0.6 m，漿砌石墩墻高4.5 m。計算成果見表1。

表1 泵房穩(wěn)定復核計算表

3.2.2進水閘穩(wěn)定復核

臨河圩泵站進水閘為2孔漿砌石圬工結(jié)構(gòu)，單孔凈寬2.6 m，總凈寬5.2 m，高4.0 m。底板為高程5.5 m，順水流向長度3.0 m。計算成果見表2。

表2 進水閘穩(wěn)定復核計算表

3.2.3建筑物穩(wěn)定分析

根據(jù)計算結(jié)果，臨河圩泵站站身基礎以及進水閘的基底應力小于允許地基承載力，抗滑安全系數(shù)和不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3.3 結(jié)構(gòu)強度復核

3.3.1泵房結(jié)構(gòu)強度

濕室型機房為筏式基礎，全墩墻結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)規(guī)范圬工結(jié)構(gòu)可不需要進行強度復核，水泵梁及電機梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于兩端搭在漿砌石墩墻上，故按照簡支梁進行計算，水泵梁、電機梁所受荷載為次梁傳遞荷載、水泵梁、電機梁自重及附屬結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載，計算結(jié)果見表3。

表3 水泵梁、電機梁計算成果表

根據(jù)計算結(jié)果，臨河圩泵站泵房的電機梁現(xiàn)狀配筋能滿足設計要求，水泵梁現(xiàn)狀配筋不能滿足設計要求。

3.3.2穿堤箱涵結(jié)構(gòu)強度復核

穿堤涵洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，參考原設計資料并結(jié)合本次現(xiàn)場檢測資料，考慮混凝土強度隨齡期增加而增長因素，取穿堤箱涵的混凝土強度等級為C20，根據(jù)原設計斷面，考慮混凝土存在一定的碳化深度，計算厚度按扣減混凝土的碳化深度考慮，計算工況為箱涵內(nèi)無水，按照彈性地基上的箱型結(jié)構(gòu)計算，計算結(jié)果見表4。

表4 臨河圩泵站穿堤箱涵計算成果表

從計算結(jié)果看，臨河圩泵站的穿堤箱涵在無水工況時實際配筋面積均小于計算配筋面積，結(jié)構(gòu)強度不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.4 建筑物的安全類別評價

根據(jù)計算結(jié)果，初步評價如下：

1)進水閘過流能力。

排澇時進水閘滿足過流能力要求。

穿堤箱涵計算流速稍大于規(guī)范允許值，基本滿足要求。

2)整體穩(wěn)定。

根據(jù)計算結(jié)果，臨河圩泵站進水閘及站基的基底應力均小于允許地基承載力，抗滑安全系數(shù)、不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3)結(jié)構(gòu)強度復核。

臨河圩泵站水泵梁、電機梁、穿堤箱涵等主要結(jié)構(gòu)強度復核結(jié)果如下：

電機梁：經(jīng)復核，結(jié)構(gòu)強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

水泵梁、穿堤箱涵：經(jīng)復核計算，水泵梁、穿堤箱涵結(jié)構(gòu)強度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

綜上分析，臨河圩泵站安全鑒定評定為四類。

4 結(jié)語

根據(jù)對臨河圩泵站主要建筑物的復核計算結(jié)果分析，泵站建筑物建議評定為四類，此次評定為泵站后期的拆除重建工作提供依據(jù)。