泵房结构设计中几个问题的探讨

2015-06-29任立冬

四川水泥 2015年6期

关键词：池壁抗浮沉井

任立冬

（河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州 450000）

泵房结构设计中几个问题的探讨

任立冬

（河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州 450000）

泵房在给排水工程中应用广泛、形式复杂，大致可分为矩形和圆形两种结构形式，两种结构形式各有利弊，应根据工程具体情况合理选用。矩形结构工艺布置比较方便，建筑面积能充分利用，但受力条件较差，对于面积较大，埋深较浅的泵房比较适宜；圆形结构工艺布置受到一定的限制，建筑面积不能充分的利用，但受力条件较好，对于面积不大，埋深较深的泵房比较适宜。

1泵房设计荷载的选取

1.1考虑到泵房结构较为特殊，应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利组合进行设计。

泵房结构上的作用见表1.1.1

1.2 作用组合

地面以下的外墙、隔墙及底板，除应考虑高水位和低水位两种作用情况外，尙应考虑进水间完全充水，以及进水间一格或某格放空时的情况。此外，泵房外的水压力、土压力应按实际情况考虑。

2抗浮验算

2.1 抗浮方式

由于泵房尺寸较大，埋置深度较大，且上部荷载较小，当地下水位较高时，抗浮设计往往是设计控制因素之一。目前，工程中较常用的抗浮方式有：自重抗浮、配重抗浮、锚固抗浮、抗浮桩等。可根据实际情况同时采用一种或多种抗浮方式。

（1）自重抗浮

自重抗浮荷载计算时不包括设备重、使用荷载及安装荷载。自重加大后，泵房体积也随之加大，浮力相应增加。因此自重抗浮只能在不具备其他抗浮条件或自重加大不多即可满足抗浮要求时采用。

（2）配重抗浮

配重抗浮也有一定的局限性。由于泵房埋于地下，常用的配重方法是在泵房底板外挑部分的填土，底板向外延伸会使支护范围加大，且当泵房较深时，基坑回填压实难度较大，不易满足设计要求。也可在泵房顶板增加配重，但会加大结构承载量，对抗震不利。

（3）锚固抗浮

锚固抗浮是一种有效的技术手段，锚杆灵活布置、锚固效率高、适应性较广，易于施工。在许多条件下优于自重抗浮和配重抗浮。由于抗浮锚杆的工作环境和受力特点，锚杆受拉后杆体周围灌浆开裂，使杆体极易受地下水侵蚀，影响其耐久性。同时，抗浮锚杆与底板的节点可能成为防水的薄弱环节。

（4）抗浮桩

抗浮桩是一种主动抗浮设计，前期施工费用较高，但后期维护简单，结构受力合理，不影响泵房的使用功能。当地下水位较高，泵房平面尺寸较大，基础埋置较深时多采用此种抗浮方法。

此外，工程中还有其他抗浮方法。例如通过改变结构形式，泵房池壁与土体的黏结抗剪力抗浮。实际工程中，应根据泵房的尺寸大小，水位高低，埋置深度选用合理的抗浮方式，以达到设计要求。

3抗滑移、抗倾覆验算

当采用嵌固或锚固抗浮时，泵房周围填土较深且土面大体一致时，可不做抗滑移、抗倾覆验算。当泵房建造在软弱土层上，有可能出现连同地基土一起滑动而失去稳定时，尚应采用圆弧滑动条分法进行整体稳定验算。

（1）抗滑移验算

f ——泵房底板与地基间的摩擦系数，一般由试验确定，或根据实际经验确定；——水平力总和，按主动土压力、水压力及风荷载等合力计算；——抗滑移稳定系数，取

（2）抗倾覆验算

f ——泵房底板与地基间的摩擦系数，一般由试验确定，或根据实际经验确定；——水平力总和，按主动土压力、水压力及风荷载等合力计算；。

sh=K

泵房内力计算应考虑矩形、圆形两种形式的受力特点、并应结合施工方法进行受力分析，本文不做详述。

4施工方法选择

当泵房埋深较浅，地下水位较低，且土质较好时，可选择开挖基坑。当泵房埋深较深，地下水位较高，且土质较差时，可选择沉井施工。基坑开挖较为简单，本文重点介绍沉井施工方法。沉井的施工方法对沉井的设计计算有着直接关系，应根据场地的地质条件结合施工条件决定。

（1）排水下沉

当地下水位不高，或是虽有地下水但沉井周边的土层渗水性不强，涌入井内的水量不大且排水不困难时，可采用排水下沉法，此种方法施工费用较低，工期较短。

（2）不排水下沉

在下沉深度范围内存在粉土、砂土或其他强透水层而排水下沉有可能造成流砂或补给水量很大而排水困难时，可采用不排水下沉。当沉井场地附近有已建建构筑物及其他设施，排水施工可能导致其沉降及倾斜而难以采取其他有效措施防止时，也可采用不排水下沉。

（3）分次下沉

根据沉井的高度，地基承载力、施工条件和设计需要，沉井可沿高度方向一次浇筑下沉，或分段浇筑一次下沉，或分段浇筑分次下沉。

5结构设计中应注意的问题

（1）池壁厚度的选择

当泵房较浅、采用开挖施工方法时，池壁厚度只要满足受力要求、防水要求即可。当泵房较深，采用沉井施工时，应优先考虑沉井依靠自重克服土层的摩擦力下沉，因此，池壁要有适当的厚度。反之，当池体过重时，下沉系数过大或地基承载力不足时，应适当减小池壁厚度。当地下水位较高时，沉井必须满足抗浮要求，因此依靠自重沉井的泵房各部分也要有适当的厚度。

（2）变形缝的设置

一般情况，在变形缝的设缝处，结构的连续性受到了一定程度的影响。因此，变形缝设置位置的选择，要考虑其对结构的不利影响。对于可传递剪力或弯矩的缝，宜布置在内力较小的位置。在可能的情况下，设缝应尽可能合并，一缝多功能，以减少缝的数量。变形缝在泵房的顶、侧壁及底板上必须贯通并在一个垂直面上。变形缝的宽度应根据结构或构件的变形计算决定，以避免缝两侧的构件因变形而发生碰撞。