陳?ài)谜景踩b定中的建筑物復(fù)核計(jì)算分析

李世民

（安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院 安徽合肥 230088）

0 引言

泵站是我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對(duì)防洪、排澇、灌溉、供水、環(huán)保和航運(yùn)等方面均具有十分重要的作用。主要建筑物是泵站樞紐的核心組成部分，主要建筑物的安全穩(wěn)定是泵站正常運(yùn)行的前提和保證，因此泵站運(yùn)行一定年限后需要定期對(duì)泵站進(jìn)行安全鑒定，從而確保泵站的安全運(yùn)行。根據(jù)《泵站安全鑒定》（SL-2015）的規(guī)定，泵站安全鑒定應(yīng)分為全面安全鑒定和專(zhuān)項(xiàng)安全鑒定。全面安全鑒定范圍應(yīng)包括建筑物、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)等；專(zhuān)項(xiàng)安全鑒定范圍宜為全面安全鑒定中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。泵站安全鑒定工作，應(yīng)按下列程序進(jìn)行：1）現(xiàn)狀調(diào)查分析；2）現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)；3）工程復(fù)核計(jì)算分析；4）安全類(lèi)別鑒定；5）安全鑒定工作總結(jié)。泵站工程復(fù)核計(jì)算分析的主要內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、基本資料、工程規(guī)模復(fù)核、建筑物復(fù)核計(jì)算分析與評(píng)價(jià)、機(jī)電設(shè)備復(fù)核計(jì)算分析與評(píng)價(jià)、金屬結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算分析與評(píng)價(jià)、泵站工程安全類(lèi)別綜合評(píng)價(jià)與建議等。本文主要對(duì)霍邱縣陳?ài)谜具M(jìn)行建筑物的復(fù)核分析計(jì)算與評(píng)價(jià)工作。

1 工程概況

霍邱縣排灌管理總站陳?ài)谜疚挥诔俏骱詈榇蟮虡短?hào)37+830處，老站于1968年12月動(dòng)工興建，1970年建成運(yùn)行至2003年，機(jī)電設(shè)備老化，泵房?jī)A斜，穿堤箱涵開(kāi)裂，堤后多處翻砂鼓水，危及泵站本身及城西湖蓄洪大堤的安全。2003年陳?ài)谜景踩b定綜合評(píng)定為四類(lèi)泵站。

淮河水利委員會(huì)2003年批復(fù)實(shí)施城西湖蓄洪區(qū)陳?ài)谜局亟üこ添?xiàng)目。重建工程按5年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，排水面積67 km2，排澇流量21 m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程7.3 m；灌溉面積44.7 hm2，灌溉流量6.7 m3/s，灌溉凈揚(yáng)程5.3 m。安裝6臺(tái)1200ZLB-85型立式軸流泵，葉片安裝角度為+2°，轉(zhuǎn)速為490 r/min，排澇設(shè)計(jì)工況下?lián)P程為8.20 m，流量為3.65 m3/s，效率為86%；灌溉設(shè)計(jì)工況下?lián)P程為6.48 m，流量為4.2 m3/s，效率為87.0%。配6臺(tái)YL5004-12型異步電動(dòng)機(jī)，單機(jī)功率為400 kW，總裝機(jī)2400 kW。

工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，陳?ài)谜敬┑毯唇ㄖ锛?jí)別與堤防同為2級(jí)。泵站由進(jìn)水渠、進(jìn)水閘、前池及進(jìn)水池、堤后式泵房、壓力水箱、控制段、穿堤涵洞和防洪閘等建筑物組成的組成。泵房縱剖視圖及橫剖面圖分別見(jiàn)圖1及圖2。

圖1 泵房縱剖視圖

2 建筑物存在的問(wèn)題

陳?ài)谜咀越ǔ赏度脒\(yùn)行十多年來(lái)，對(duì)城西湖蓄洪區(qū)的排澇及周邊的灌溉發(fā)揮了重要作用。但建成十多年來(lái)未進(jìn)行過(guò)建筑物的維修及改造，建筑物目前存在主要問(wèn)題如下：

1）泵房?jī)?nèi)、外墻粉刷層剝落嚴(yán)重，屋面滲水。外墻鋁塑板施工工藝粗糙，材料質(zhì)量差，已退色、脫落。管理房屋頂滲水，內(nèi)外粉刷嚴(yán)重脫落。

2）進(jìn)水前池減壓井部分淤堵，另有少部分井內(nèi)濾料流失。

3）外河高水位引水灌溉時(shí)，排澇進(jìn)水閘無(wú)反向止水功能，只能通過(guò)調(diào)節(jié)防洪閘開(kāi)度控制進(jìn)水量，人為提高了灌溉揚(yáng)程。

4）出口防洪閘啟閉機(jī)左前側(cè)排架柱開(kāi)裂，左側(cè)排架柱底部出現(xiàn)鋼筋外露銹蝕缺陷；啟閉機(jī)房頂部圈梁與墻體結(jié)合部位出現(xiàn)水平向裂縫。

3 建筑物復(fù)核計(jì)算分析與評(píng)價(jià)

3.1 水力學(xué)條件復(fù)核

主要進(jìn)行了泵站排澇進(jìn)水閘過(guò)流能力復(fù)核。

根據(jù)排澇進(jìn)水閘水位流量條件，按高淹沒(méi)度寬頂堰進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒(méi)度（hs/H0≥0.9）時(shí)，閘孔總凈寬應(yīng)按規(guī)范推薦的下列公式計(jì)算：

式中：Q——過(guò)閘流量，m3/s；

B0——閘孔總凈寬，m；

H0——計(jì)入行近流速水頭的堰上水深，m；

hs——由堰頂算起的下游水深，m；

μ0——淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)。

現(xiàn)狀進(jìn)水閘為3孔，單孔凈寬4.0 m，閘上設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為19.40 m，閘底板高程16.40 m。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)B0=12 m時(shí)，Q=48.62 m3/s大于排澇設(shè)計(jì)流量21.0 m3/s，排澇進(jìn)水閘過(guò)流能力滿(mǎn)足排澇要求。

3.2 站基抗?jié)B穩(wěn)定復(fù)核

陳?ài)谜緸榈毯笫?，站基滲流輪廓線包括穿堤涵洞和站身基礎(chǔ)輪廓線兩部分。外河側(cè)（淮河）防洪水位為27.90 m，對(duì)應(yīng)城西湖蓄洪區(qū)內(nèi)水位為18.9 m，最大水頭差為9.0 m。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001），站基防滲長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

式中：L——站基防滲長(zhǎng)度，m；

ΔH——最大水位差，m，本工程為9.0 m；

C——滲徑系數(shù)，站基座落于細(xì)砂層上，C取9～7。

站基滲流穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2 泵房橫剖面圖

表1 站基滲流穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算表

從計(jì)算結(jié)果可以看出，站基實(shí)際滲流輪廓線長(zhǎng)度大于計(jì)算滲徑長(zhǎng)度，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3 抗滑穩(wěn)定復(fù)核

陳?ài)谜颈梅繛檎w底板結(jié)構(gòu)，泵房底板厚0.8m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸沿主水流方向長(zhǎng)19.0 m，垂直于主水流方向30.4 m。

根據(jù)抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法，不同工況下泵房的地基應(yīng)力、不均勻系數(shù)及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 泵房穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算表

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，陳?ài)谜颈梅康鼗谕翆映休d力為140 kPa。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，陳?ài)谜颈梅康幕讘?yīng)力小于允許地基承載力，不均勻系數(shù)以及抗滑安全系數(shù)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核

根據(jù)陳?ài)谜镜目傮w布置和泵房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，對(duì)該泵站泵室（混凝土底板、側(cè)墻、水泵梁、電機(jī)梁）及穿堤箱涵等主要部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核。

3.4.1 泵室底板及墩墻強(qiáng)度復(fù)核

陳?ài)谜緷袷倚捅梅繛殇摻罨炷琳w筏板式基礎(chǔ)，鋼筋混凝土墩墻與基礎(chǔ)相連。參考原設(shè)計(jì)資料并結(jié)合本次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)資料，混凝土強(qiáng)度等級(jí)取原設(shè)計(jì)值與檢測(cè)值的小值，根據(jù)原設(shè)計(jì)斷面，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)泵室混凝土平均碳化深度3 mm，計(jì)算厚度扣減混凝土的碳化深度，對(duì)泵室下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。泵室結(jié)構(gòu)以完建期為計(jì)算條件，考慮邊荷載的影響，按照彈性地基框架進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)算底板及墩墻的受力和結(jié)構(gòu)配筋情況。泵室結(jié)構(gòu)半幅荷載及彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 泵室結(jié)構(gòu)半幅荷載圖（完建期，100%計(jì)入邊荷載）

圖4 泵室結(jié)構(gòu)半幅彎矩圖（單位：kN·m，100%計(jì)入邊荷載）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，陳?ài)谜颈檬忆摻罨炷恋装寮斑厜Φ膶?shí)際配筋面積均大于計(jì)算配筋面積，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.4.2 泵室水泵梁及電機(jī)梁強(qiáng)度復(fù)核

水泵梁及電機(jī)梁兩端固結(jié)在鋼筋混凝土墩墻上，故按照固結(jié)連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，水泵梁原設(shè)計(jì)截面尺寸為80 cm×45 cm，計(jì)算跨度為4.2 m；電機(jī)梁原設(shè)計(jì)界面尺寸為80 cm×70 cm，計(jì)算跨度為4.2 m。水泵梁（電機(jī)梁）所受荷載為自重、樓板傳遞荷載、水泵（電機(jī)）及附屬結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載。水泵梁及電機(jī)梁彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，陳?ài)谜颈檬宜昧杭半姍C(jī)梁的實(shí)際配筋面積均大于計(jì)算配筋面積，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

圖5 水泵梁彎矩計(jì)算圖（單位：kN·m）

圖6 電機(jī)梁彎矩計(jì)算圖（單位：kN·m）

3.4.3 穿堤箱涵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核

穿堤涵洞共兩孔，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要承受土壓力、水壓力和堤頂交通車(chē)輛的荷載。現(xiàn)選取填土壓力大的標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行穿堤箱涵的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，以驗(yàn)證現(xiàn)有結(jié)構(gòu)尺寸和配筋量能否滿(mǎn)足本次的規(guī)劃設(shè)計(jì)條件和現(xiàn)行規(guī)范要求。原設(shè)計(jì)斷面凈尺寸為2×3.0 m×3.0 m，底板厚度為0.5 m、頂板厚度為0.55 m、中隔墻厚度為0.4 m、兩側(cè)側(cè)墻厚度均為0.55 m，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)泵室混凝土平均碳化深度6 mm，計(jì)算厚度扣減混凝土的碳化深度，計(jì)算工況選取箱涵內(nèi)無(wú)水，按照彈性地基上的平面框架結(jié)構(gòu)計(jì)算。穿堤箱涵涵內(nèi)無(wú)水時(shí)荷載及彎矩圖見(jiàn)圖7。

圖7 穿堤箱涵內(nèi)無(wú)水時(shí)荷載及彎矩計(jì)算圖

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，陳?ài)谜镜拇┑滔浜跓o(wú)水工況時(shí)各部位實(shí)際配筋面積大于現(xiàn)狀配筋面積，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.5 抗震安全性復(fù)核

根據(jù)國(guó)家地震局2015年出版的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）（50年超越概率 10%），工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，陳?ài)谜緹o(wú)需進(jìn)行抗震安全復(fù)核。

3.6 泵站建筑物的安全類(lèi)別評(píng)價(jià)

根據(jù)安全復(fù)核計(jì)算結(jié)果，初步評(píng)價(jià)如下：

1）過(guò)流能力

排澇設(shè)計(jì)工況時(shí)，排澇進(jìn)水閘過(guò)流能力滿(mǎn)足排澇要求。

2）滲透穩(wěn)定

站基實(shí)際滲徑長(zhǎng)度大于計(jì)算滲徑長(zhǎng)度，滿(mǎn)足規(guī)范要求；站基的水平滲流坡降計(jì)算值小于規(guī)范規(guī)定值，出口滲流坡降計(jì)算值大于規(guī)范規(guī)定值，實(shí)際設(shè)計(jì)采取高噴截滲墻進(jìn)行防滲后滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3）整體穩(wěn)定

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，泵房的基底應(yīng)力小于允許地基承載力，不均勻系數(shù)以及抗滑安全系數(shù)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

泵室及穿堤箱涵等主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核結(jié)果如下：

泵室底板及墩墻：經(jīng)復(fù)核，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿(mǎn)足規(guī)范要求；

泵室水泵梁及電機(jī)梁：經(jīng)復(fù)核，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿(mǎn)足規(guī)范要求；

穿堤箱涵：經(jīng)復(fù)核，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

綜上，泵站建筑物建議評(píng)定為二類(lèi)。

4 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)陳?ài)谜局饕ㄖ锏膹?fù)核分析計(jì)算，結(jié)果表明陳?ài)谜局饕ㄖ锝Y(jié)構(gòu)是安全的，建筑物類(lèi)別評(píng)定為二類(lèi)，從而為后期泵站的更新改造提供技術(shù)支持。只有定期對(duì)泵站進(jìn)行安全鑒定與復(fù)核，才能保證泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而發(fā)揮應(yīng)有的作用。