薄壁对撑式结构在泵站进水前池及进水池中的应用

王 锋

一、常见中小泵站进水（前）池结构形式比较

在中小泵站建设中，泵站进水前池和进水池常见结构形式有：两侧挡土墙加分离式底板结构、U型槽结构、对撑重力式边墙加分离式底板结构、复合式结构和箱式结构等。其中以两侧挡土墙加分离式底板结构最为常见。其结构形式简单，计算简便，应用最为广泛。皖北地区近年来建设的泵站进水池和进水前池多采用这种结构形式。U型槽和对撑重力式结构在一些流量较小且进水池宽度较小的灌溉站和排污站中使用较多，箱式结构成本较高，很少使用，蚌埠市八里沟东排涝站进水池采用的就是这种结构形式。

泵站常用的几种进水前池及进水池的主要特点见表1。

通过表1和对比实际工程经验，目前常用的两侧挡土墙加分离式底板结构的进水前池和进水池整体性相对较差，对地基条件要求较高，而且在经济性方面也有明显不足，随着材料价格的上涨，两侧挡土墙结构，尤其是浆砌块石挡土墙结构较钢筋混凝土结构已无明显优势可言。

相对来说，对撑式复合结构虽有明显不足，但在整体性和经济性上较其他形式有明显优势。因此考虑在这种结构形式的基础上加以优化，以达到在完全满足进水前池和进水池主要功能的条件下，实现工程经济性和安全性的双赢。

二、薄壁对撑结构在泵站进水（前）池的应用

经反复比较和多次模拟试算，结合在中小型泵站设计中积累的经验，笔者将对撑式U型槽结构的进水前池及进水池加以优化，首次将薄壁对撑式结构应用于泵站进水池及进水前池，并于2010年在蚌埠市怀远县黄疃窑排涝站中成功试用，大大节约了工程投资，取得了良好的经济效益，其后多次在阜阳小长沟站、伍明北站、怀远上桥站、蒙城益沟站等泵站的建设中使用，均取得了良好的经济效益。

图1 阜阳小长沟排涝站进水池结构图

表1 进水前池及进水池结构形式比较表

图2 完建期基本荷载组合sig-eff变形及应力等值线图

图3 完建期基本荷载组合梁Mxy等值线图

图4 完建期基本荷载组合最不利跨梁Mxy等值线图

表2 小长沟站进水池及进水前池方案工程量比照表 单位：（m3）

薄壁对撑式结构进水池结构主要特点是：结构沿进水池中轴线对称，结构轻便，采用框架结构作为结构受力的主体，由板直接承受荷载并传递给框架，即用梁板结构代替对撑式U型槽的大底板和边墙。

以单跨单层薄壁对撑式进水池及进水前池为例，根据分析计算及工程经验，考虑结构整体性及保护层等因素，边墙及底板厚一般取350～500mm。每榀对撑框架间距根据工程经验取2500～3500mm。框架结构上部对撑梁也就是上梁承受弯矩很小，结构尺寸梁高一般取净跨的1/14，底板对撑梁梁高一般取净跨的1/10，两侧边墙勒梁高度一般为上下撑梁间净距的1/5～1/6。

三、分析计算

以阜阳小长沟排涝站进水前池及进水池为例试算，基本结构尺寸如图1。

前池墙顶高程30.2m，顺水流向长13.5m，池宽由5.9m渐变为9.5m，扩散角20°，底高程由25.2m以1∶4坡渐变到23m，进水池长3.8m，宽9.5m，底高程23m。

以完建期为例进行进水前池及进水池整体进行应力分析，结果如图2。

以完建期为例进行进水前池及进水池对撑框架内力分析，基本荷载组合条件下框架弯矩如图3、图4。

由上述分析可见，该结构受力条件较好，各部分结构尺寸均能满足安全需要。另外经计算发现，由于该结构整体自重较轻，底板反力较小，地基承载力较小的情况可以避免地基处理。

四、对撑式结构进水池优势

为了进一步说明该结构的经济性，小长沟站进水池及进水前池设计中对采用两侧挡土墙加分离式底板方案和薄壁对撑式方案主要工程量进行了比较，比较结果如表2。

由表2可见，相同条件下方案二土方的挖填量和钢筋混凝土的用量较方案一都有明显优势。

可见这种薄壁对撑式结构继承了对撑U型槽结构整体性好、较为经济的优点，采用梁板结构使其钢筋混凝土用量相对于对撑式U型槽结构的大大减小，可显著节约工程投资。也正是由于采用了梁板结构取代了U型槽的大厚度底板，使池下反滤层得以在梁间薄板下布置，有效避免了U型槽结构反滤层布置困难的缺点。由于框架结构布置较灵活，结构自重较小，通过单跨、多跨、单跨多层、多跨多层等框架形式的组合可以有效适应不同工程环境，包括大跨度、大挖深结构以及地基承载力较低的情况