庐江县七里灌区渠首一级泵站稳定分析

吴圣贤，张志彪，刘伏成

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 项目概况

七里一级站位于兆河边上，是七里灌区二级梯度泵站里的渠首泵站，位于庐江县盛桥镇境内，属于杭埠河灌区尾部的提水补给站灌区。其作用是从引江济淮兆河口提水，通过中间渠道向圩区内部送水。七里一站拆除重建工程规模为IV 等，小(1)型工程，主要建筑物级别均为4 级，次要建筑物级别为5 级；选用2 台潜水泵管道进出水。泵站建筑物主要包括：前池、泵房、出水池等。

2 泵站结构布置

2.1 泵站长度

七里一站选用2 台潜水泵管道进出水，管道直径1.0m，流速0.76m/s，进水箱孔口尺寸为2.0m×2.0m，出水口采用管道出水，流速为0.69m/s。机组段长度均为2m,安装间宽度按照1.5 倍的机组段长度来定，长度为3m。泵房的长度包括2 个机组段的长度和安装间的长度，总长11.9m。

2.2 泵站宽度

泵房的宽度主要考虑到电机起吊运行的限制，廊道宽度取2.0m，进水侧通道取1.5m，水侧通道取1.5m，安装机组的宽度为2.0m，泵房内净宽7.0m。

2.3 泵站高程

流道层高程是泵站最底层，水泵的进水管及拦污网布置在这一层，考虑到最低运行水位的限制，底部高程比最低运行水位低1.5m，为4.6m。根据进水流道和顶板的厚度要求，中间层顶板高程为11.0m,满足20 年一遇防洪要求。底面高程比安装间高程低10cm，其高程为16.9m，安装间高程17.0m。

2.4 泵站结构

考虑到站区开挖比较深，填方量比较大，施工时易造成大面积开挖的问题，影响到附近的水文站及居民房屋的拆迁。为规避此类问题的发生，本次基坑采用C30 砼钻孔灌注桩作为支护，先施工主泵房，浇筑底板及边墙，待中间层施工完成后，在主泵房后侧施工C30 砼钻孔灌注桩作为副厂房的基础。主副厂房下侧的桩基上部做C25 钢筋空箱。由于桩基上部的填土比较高，土压力比较大，桩基顶部的位移变动也是最大的。七里一站纵剖面图见图1。

图1 七里一站纵剖面图

3 基坑开挖支护验算

本文对开挖完成后的桩基支护进行稳定计算，应用理正深基坑支护设计及Midas-GTS 分析系统程序，采用瑞典条分法，计算压力作用下，桩基的整体稳定、抗倾覆稳定、抗隆起稳定、内侧土反力及位移验算，稳定计算成果见图2～图4。

图2 桩基分析计算模型图

图3 内力位移成果图

图4 内力位移包络图

图5 地表沉降图

从计算结果看出，整体稳定计算均满足规范要求。

桩基后期作为副厂房的基础，承载上部土压力的作用，桩基顶部最大水平向位移约为14mm。如设计中能够把桩基与主厂房的外墙保持14cm 以上的间距，那么主厂房将不受到桩基侧传来的压力，对主泵房的稳定及受力计算都将带来有利影响。

4 泵房稳定计算

4.1 地质基础资料

站泵房站身底板顶面高程为4.1m，泵房基础位于⑦1层泥岩、泥质粉砂岩中，硬塑、坚硬，允许承载力为350kPa，摩擦系数为0.45；6.0 高程以上为④层重粉质壤土、粉质黏土，强度高，微透水性，允许承载力为250kPa，摩擦系数为0.45，内摩擦角φ 为20°，粘聚力C 为37kPa。

表1 桩基稳定计算过程表

表2 荷载组合计算成果表（单位：kN）

4.2 荷载组合

基本组合。完建工况：工程已建设完成，尚未运行，无水；设计运行工况：前池水位取最高运行水位。

特殊工况。检修工况：前池水位为最低运行水位。

按照上述各工况的状态不同而考虑的计算荷载有：泵站结构自重、设备自重、扬压力、土压力。

4.3 整体稳定计算

4.3.1 抗滑稳定计算

抗滑稳定安全系数按下式计算：

式中：Kc—抗滑稳定安全系数；

ΣG—作用于泵房基础底面以上的全部竖向荷载（包括泵房基础底面上的扬压力在内，kN）；

ΣH—作用于泵房基础底面以上的全部水平荷载，kN；

f—泵房基础底面与地基之间的摩擦系数，根据地质报告，取f=0.45。

4.3.2 基底应力计算

泵站基底应力按下式计算：

∑Mx、∑My—作用于泵房基础底面以上的全部水平向和竖向荷载对于基础底面形心轴x、y 的力矩，kN·m；

Wx、Wy—泵房基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩，m³；

A—基础底面面积，m²。

4.3.3 基底应力不均匀系数

式中：η—地基应力不均匀系数。

根据地质勘探报告，结合泵站位置处的地质参数，对三种工况下的稳定性进行了计算。泵房稳定计算成果见表3。

表3 泵房稳定计算成果表

根据计算得知，泵站抗滑、抗浮稳定安全系数以及应力不均匀系数等均满足规范要求。

5 结语

七里一站属于深基坑开挖及高回填泵站，设计中，对比考虑到了施工、拆迁及投资的影响，采用了桩基支护进行基坑开挖。

（1）深基坑开挖时，开挖放坡会对周边的建筑物地基造成影响；采用桩基支护，可有效避免此类影响，且不会造成房屋拆迁等问题；

（2）此次设计，桩基后期是作为副厂房的基础使用，土压力作用后将产生位移，基础与主泵房外墙的传力尚不能明确。为了能够保证主泵房的稳定安全，明确计算荷载，可将桩基与主泵房之间空出20cm 间距，这样两者之间将独立起来，没有力的相互作用。

（3）泵房施工后，地面回填高度很大，土压力将会产生很大的水平推力。施工中，应采用黏性土回填，并压实，增加土体之间的粘聚力，减少高填土的水平侧压力，保证泵房安全稳定。