水利工程泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計及流道優(yōu)化設(shè)計研究

劉琳

長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司 廣東廣州 510000

在現(xiàn)在這個時代進行泵站設(shè)計與施工是城市工程建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)。隨著城市人口的增多以及人們生活質(zhì)量的提升還有工業(yè)生產(chǎn)的需求增多等因素，生活生產(chǎn)用水需求越來越多。此篇文章是以泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計為基礎(chǔ)，并結(jié)合泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際情況，以及擁有以往的經(jīng)驗通過科學的角度對泵站設(shè)計中模型和荷載計算做出了分析。做出了泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本準則。希望能為泵站設(shè)計的不斷完善提供一些借鑒。

1 泵站設(shè)計的主要內(nèi)容

1.1 通過模型對泵站結(jié)構(gòu)進行計算

為泵站結(jié)構(gòu)建立起設(shè)計與運算的數(shù)字模型，需要在泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計中依據(jù)泵站的結(jié)構(gòu)特點與功能化成便于計算的部分。泵站地下部分以鋼筋混凝土為建模標準，垂直壁板的計算過程中要注意長寬比，低于0．5的地下部分以單向板結(jié)構(gòu)計算，大于0．5的地下部分以雙向板計算；泵站地上部分以框架結(jié)構(gòu)為建模標準，要注意模型構(gòu)建的合理性和結(jié)構(gòu)的完整性。

1.2 關(guān)于泵轉(zhuǎn)荷載的數(shù)據(jù)計算

在進行荷載計算的時候，要根據(jù)泵站設(shè)計的基本準測以及施工的實際操作和工程的實際要求，對泵站結(jié)構(gòu)進行平面計算，最重要的是做好泵站自重、土壓、活荷載、靜水壓力、工作荷載等與泵站結(jié)構(gòu)和強度相關(guān)的計算，以便確保設(shè)計出來的泵站結(jié)構(gòu)符合施工的實際情況和使用的基本要求，從負荷上確保泵站的穩(wěn)定。

1.3 泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計要堅持適當原則，第一點，泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要符合當下的施工實際需求以及當前的施工技術(shù)，從而保證泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計的能夠被運用和實施出來，還要盡量保證泵站設(shè)計的合理性，以及保證泵站受力方向的明確性，從而保證在施工與運用時確保其安全性，間接的保證了泵站的經(jīng)濟目標。第二點，泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計要在以安全為最根本準則下進行設(shè)計，在泵站設(shè)計中要根據(jù)建設(shè)地址的土壤松軟度，以及地質(zhì)情況進行設(shè)計，因為泵站結(jié)構(gòu)施工中需要進行挖掘和填埋，所以還要在設(shè)計中充分利用地形，以避免出現(xiàn)大量的挖掘和填埋，更高效的做到泵站結(jié)構(gòu)的安全。第三點，泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計要根據(jù)實際施工情況和建設(shè)需求進行選型，以此來進行泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計工作從而保證整個泵站的結(jié)構(gòu)尺寸是最優(yōu)，減少泵站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過多的裂縫影響結(jié)構(gòu)功能，同時提高泵站結(jié)構(gòu)對震動、溫差、負荷的抵抗能力，確保泵站結(jié)構(gòu)的強度。第四點，泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮經(jīng)濟成本問題，在設(shè)計泵站結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該結(jié)合施工地點的情況，利用當?shù)氐奶攸c采取合適的措施，從而控制泵站結(jié)構(gòu)建設(shè)的成本。例如：在泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮材料的選擇，最好選擇當?shù)鼐陀械牟牧蟻斫ㄔ煲钥刂票谜窘Y(jié)構(gòu)的造價，從成本上進行合理的設(shè)計。

2 泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計中需重要注意的方向

2.1 如何增強混凝土的防腐能力

設(shè)計工作中應(yīng)根據(jù)泵站混凝土結(jié)構(gòu)的特點做好各方面的處理和強化，做到對腐蝕作用的有效防治。一方面要做好泵站混凝土結(jié)構(gòu)溶解性腐蝕的防治設(shè)計，要在設(shè)計中控制混凝土pH值，避免在pH值超標而出現(xiàn)腐蝕性離子的溶解，預防泵站混凝土結(jié)構(gòu)外部的“泛鹼”，控制腐蝕性離子對鋼筋、混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，確保泵站混凝土結(jié)構(gòu)的強度與耐久性。另一方面要做好泵站混凝土結(jié)構(gòu)周圍土壤腐蝕的防治設(shè)計，在設(shè)計中根據(jù)土壤中存在的硫酸根、碳酸根、氯酸根離子的特點，采用化學防護和物理保護相結(jié)合的措施，確保混凝土結(jié)構(gòu)的性能，控制鋼筋腐蝕的速度，做到從設(shè)計的角度實現(xiàn)泵站混凝土結(jié)構(gòu)的高抗腐蝕性能。此外，在設(shè)計中可以應(yīng)用防腐涂料來對抗混凝土腐蝕問題，例如：可以在設(shè)計中增加噴涂防腐涂料——環(huán)氧粉末，以此來達到提高泵站混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和防腐性，使泵站混凝土結(jié)構(gòu)對鹽堿、水分、二氧化碳等腐蝕性物質(zhì)的抵御能力大幅度提升，做到對混凝土結(jié)構(gòu)的保證，進而從設(shè)計的角度提高了泵站結(jié)構(gòu)抗腐蝕性能。最后，在設(shè)計中還可以通過規(guī)范施工技術(shù)來做到對防腐蝕性能的提升，例如規(guī)范施工環(huán)境，加強混凝土表面等方式都可以實現(xiàn)對腐蝕的有效防治。

2.2 強化泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與施工方密切聯(lián)系

泵站設(shè)計牽涉的專業(yè)較多，工藝較復雜，各專業(yè)之間的配合就顯得尤為重要。工藝及通風、配電等各專業(yè)應(yīng)與土建專業(yè)多溝通，例如：池壁與池壁之間、壁板與底板之間的構(gòu)造加腋（八字角）要求；如水工藝不允許加腋，應(yīng)向土建設(shè)計人員講明。對于各專業(yè)設(shè)備需要在板上或池壁上開洞的位置，應(yīng)提前與土建設(shè)計人員溝通，避免與結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突。另外，土建設(shè)計人員應(yīng)盡量滿足水工藝要求，以設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，專業(yè)之間互相配合，對一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)分情況，靈活掌握。設(shè)計與施工緊密相連，設(shè)計應(yīng)切合施工、方便施工。例如：水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300-500mm處留置施工縫，設(shè)計人員應(yīng)考慮施工要求，在此范圍內(nèi)避免設(shè)計有預留洞、預埋管、懸挑梁板等。設(shè)計應(yīng)多了解新的施工工藝、新材料、新技術(shù)、新方法。

3 對泵站流水道的優(yōu)化

針對流道的優(yōu)化可以借助網(wǎng)格計算，這是建立有限元模型的重要基礎(chǔ)。在具體優(yōu)化中要全面結(jié)合泵站的能力，有限元分析中劃分的網(wǎng)格會對計算精度產(chǎn)生影響。針對數(shù)值優(yōu)化，要結(jié)合進水流道與出水流道的流動數(shù)值。借助軟件完成三維形體造體后，對于不同區(qū)域可以采用相應(yīng)的網(wǎng)格類型，還要考慮到網(wǎng)格尺寸結(jié)合了進水流道流場。計算區(qū)域網(wǎng)格剖分可以借助非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格剖分，針對進水流道發(fā)生銜接的前池可以借助混合網(wǎng)格剖分，前池的優(yōu)化采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分，出水直管的計算可以采用混合網(wǎng)格剖分。網(wǎng)格的劃分會對數(shù)值計算的收斂精度產(chǎn)生影響，所以，在優(yōu)化中要多次反復比較，以獲得最有效的網(wǎng)格。

4 結(jié)語

在泵站設(shè)計工作中要重點強化結(jié)構(gòu)設(shè)計，并以科學、合理的結(jié)構(gòu)來確保泵站的整體穩(wěn)定與安全運行，設(shè)計時應(yīng)當把城市未來建設(shè)的方向和施工地點的實際情況以及泵站在這一地點所處的功能結(jié)合在一起，再從方案，施工地址特點，材料選取，建設(shè)方式自己建設(shè)能力等方面對泵站以最合理的價格來達到合理的強化，以此來實現(xiàn)泵站實用和價值上的平等，從而對城市工程建設(shè)科學化，合理化做以有效支撐。