東平縣馬口排灌站工程復(fù)核計算分析

張立華

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

農(nóng)田排灌泵站的任務(wù)是排澇、排漬，同時還兼負提水灌溉任務(wù)。在防洪、排澇、灌溉等方面發(fā)揮了重要的作用。我國的排灌泵站大多數(shù)建于20世紀六七十年代，受當時技術(shù)經(jīng)濟條件的限制，多數(shù)存在工程標準低、建設(shè)質(zhì)量差、老化失修嚴重等問題，致使排灌泵站安全隱患嚴重，必須進行除險加固，而工程復(fù)核計算就是揭示排灌泵站病險原因和機理的重要手段。

文章結(jié)合泰安市東平縣馬口排灌泵站復(fù)核計算項目，簡要介紹排灌泵站工程復(fù)核計算的基本內(nèi)容和方法。

1 工程概況

馬口排灌站地處東平縣東平湖口馬口村，始建于1966年，1987年改建，1988年竣工，設(shè)計7臺機組、總裝機容量1 110 kW，排水流量為10 m3/s，排澇控制面積0.53萬hm2，灌溉面積800 hm2，對州城、彭集、沙河站3個街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)轄區(qū)防汛排澇、灌溉具有關(guān)鍵性作用。

其中，泵站由引水渠、前池、進水池、主、副廠房、出水池（壓力涵洞）組成。引水渠的作用是將澇水順利導(dǎo)入排澇站前池，引水渠的斷面為梯形，邊坡1∶2，底寬17.7 m。前池上游側(cè)上游側(cè)底寬17.7 m，下游側(cè)底寬27.0 m，長19.5 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)。進水池為矩形，長27.0 m，寬7.5 m，底高程36.2 m。進水池底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.5 m。邊墩、中墩均為砌石結(jié)構(gòu)。主廠房為濕室二層結(jié)構(gòu)，機組呈一字形排列，共7臺700ZLB-70。水泵安裝高程為38.74 m，支撐于水泵層的水泵梁上，主廠房底板頂高程41.7 m，電機布置在主廠房內(nèi)。主廠房右側(cè)為副廠房，內(nèi)設(shè)低壓室及值班室。壓力涵洞為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，距主廠房7.3 m，通過水泵出水管與主廠房連接。壓力涵洞為凈寬2.5 m壁厚0.4 m的方形鋼筋砼涵洞，洞身全長34.8 m。壓力涵洞上游洞底起始高程為40 m，下游段與豎井聯(lián)接處為37.9 m。

2 工程復(fù)核計算

2.1 水力學條件復(fù)核

2.1.1 引水渠水力學條件復(fù)核

引水渠設(shè)計應(yīng)滿足縱向穩(wěn)定和平面穩(wěn)定。引水渠水力學條件復(fù)核是復(fù)核渠道在通過排澇流量時是否會引起渠道的沖刷或淤積。

馬口泵站引水渠長1 000 m，底寬17.7 m，邊坡1∶2，上游接各干溝末端高程為38.0 m，下游接泵站前池高程為37.0 m。水力計算按明渠均勻流公式。計算結(jié)果見表1。

表1 引水渠水力要素計算

引水渠的土質(zhì)為輕壤土或中壤土，不沖流速在0.65左右，因此引水渠在達到設(shè)計引水流量時會沖刷渠道。

2.1.2 前池水力學條件復(fù)核

馬口泵站前池尺寸為：上游側(cè)底寬17.7 m，下游側(cè)底寬27.0 m，長19.5 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)。因此，錐角為26.8°滿足α=20°～40°的要求，不會產(chǎn)生水流的脫壁現(xiàn)象。

2.1.3 進水池水力學條件復(fù)核

經(jīng)復(fù)核進水池尺寸，滿足700ZLB-70泵的安裝、運行要求，能保證水泵有良好的吸水條件，保證水池中的水流平穩(wěn)，無漩渦無回流。

2.2 抗?jié)B穩(wěn)定復(fù)核

抗?jié)B穩(wěn)定主要是對進水池防滲長度進行復(fù)核。按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001），防滲長度按下式計算：

式中：L為進水池地基防滲長度，即地基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和，m；C為允許滲徑系數(shù)值，對于亞黏土，取4；ΔH為上、下游水位差，m。

根據(jù)原設(shè)計資料，選擇正常運用工況進行泵站基礎(chǔ)抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)核，即上游設(shè)計取設(shè)計水位為38.4 m，下游水位取最危險的平基底35.4 m。經(jīng)計算，要求的閘基防滲長度L=12.16 m。

進水池縱剖面布置見圖1，進水池防滲長度為14.3 m，大于規(guī)范要求長度，進水池防滲長度滿足規(guī)范要求，進水池滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

圖1 進水池縱剖面圖

2.3 泵站穩(wěn)定復(fù)核

泵站穩(wěn)定復(fù)核包括泵房基底應(yīng)力、抗滑穩(wěn)定、抗浮計算。

2.3.1 基本資料

1）正常擋水位，38.40 m；2）地基承載力，112 kPa；3）混凝土與地基之間的摩擦系數(shù)，f=0.45；4）回填土的力學指標：亞黏土，r濕＝19.5 kN/m3，r浮＝9.5 kN/m3，φ＝15°，C=40 kPa。

2.3.2 計算工況

基本組合按設(shè)計運用工況計算，特殊組合按檢修工況計算。1）設(shè)計運用工況計算。上游水位38.4 m，閘下游水位平底板。2）檢修工況計算。上下游均無水。

2.3.3 計算簡圖

閘室穩(wěn)定計算簡圖見圖2。

圖2 泵站穩(wěn)定計算簡圖

2.3.4 荷載計算

計算按西邊聯(lián)和中聯(lián)分別計算，其橫斷面見圖3、圖4，計算成果見表2、表3。

圖3 中聯(lián)橫斷面

圖4 邊跨橫斷面圖

2.3.5 計算結(jié)果

泵站穩(wěn)定計算成果見表4、表5。

由表4、表5可知，邊跨、中跨的基底應(yīng)力計算值小于地基承載力，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)小于規(guī)范容許值，但在檢修工況下泵站抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。

表2 西邊聯(lián)荷載計算

表3 中邊聯(lián)荷載計算

表4 正常運用工況計算結(jié)果

表5 特殊組合工況計算結(jié)果

3 結(jié)語

根據(jù)以上工程復(fù)核計算情況得出結(jié)論：前池、進水池的水力條件滿足規(guī)范要求，引水渠在達到設(shè)計引水流量時會沖刷渠道；泵站防滲長度滿足要求；泵站抗浮、抗傾穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，但檢修工況下泵站抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。建議引水渠應(yīng)進行全斷面襯砌，泵站拆除重建。