大水位差取水泵房结构抗浮设计

大水位差取水泵房结构抗浮设计

徐文强

徐文强

（东方电气股份有限公司国际工程分公司，四川，成都，610000）

【摘要】对大水位差取水泵房进行结构设计时的一个极为重要的环节就是泵房结构的抗浮设计，而在泵房结构抗浮设计中最为关键的问题是泵房结构的整体抗浮设计以及泵房结构的倾侧抗浮稳定性设计。本文详细阐述了此类泵房结构的布设及抗浮设计的原则，并对具体的抗浮计算过程进行了分析，望本文的研究对今后大水位差取水泵房结构抗浮设计能起到一定的指导作用。

【关键词】大水位差；取水泵房；抗浮设计；抗浮锚杆

一、引言

大水位差取水泵房由于其所处的特殊环境会使其受到特别大的浮力，为了保证取水泵房的稳定性，应对其进行科学的结构抗浮设计。实际上，大水位差取水泵房在地址条件允许的条件下，通常采用锚杆结构来提高自身的抗浮性能，抗浮锚杆可以将泵房结构与其下地基紧密的连接起来，承担一部分取水泵房所承受的浮力。在设计过程中应对取水泵房结构进行整体抗浮设计和倾侧抗浮设计两个方面的设计，这样才能充分保证取水泵房结构具有可靠的抗浮稳定性，本文将从以上两个方面进行详细的阐述。

二、大水位差取水泵房的结构布置

对于大多数火力发电厂而言，通常会将取水泵房设置在河流边附近，这样给取水作业带来了极大的便利，但这样做也有一定的不足，设置在河流附近位置当遇到洪水期时河流内的水位就会出现急剧增长及急剧回落的现象，但处于洪水期时取水泵房有时甚至要承受将近10m，甚至更多的水头产生的浮力作用[1]，因此，这也导致了建设在河流边附近的大水位差取水泵房要充分考虑其可能会承受的大浮力问题。设计过程中如果其可能承受的浮力相对结构的自身重力大很多，则单纯依靠结构自身重力来抵抗浮力是非常不经济的。实际研究及应用表明通过锚杆结构来提高取水泵房的结构抗浮性能具有很好的可行性，这种抗浮形式的造价低，施工难度低且可操作性强，是一种较为理想的抗浮结构形式。由于场地存在一定的复杂性，当取水泵房结构必须设置在地基承载能力及地基情况较差的区域时，此时可考虑用抗拔桩代替常用的抗浮锚杆，同时需要加设一定数量的支承抗压桩。

三、抗浮设计原则

抗浮设计需要考虑的一个重要问题是整体经济性问题，因此，取水泵房进行抗浮设计时应遵循以下主要原则：取水泵房结构构件的厚度问题应按照该结构的受力情况进行确定，如底板、筒壁以及隔墙等的厚度；在结构构件满足受力要求的前提下，对取水泵房进行抗浮验算，当抗浮验算不能满足所处大水位差下的抗浮要求时，考虑在取水泵房抗浮能力不足的部分设置一定数量的抗浮锚杆或者一定数量的抗拔桩[2。在实际工况中，取水泵房的受力情况一般是对称于进水方向的，因此，取水泵房受力计算时可按照单向受力结构进行计算，这样有利于简化计算过程。

相关的泵站设计规范中明确规定了泵房结构的整体抗浮稳定计算过程，并提出了具有一定借鉴意义的安全系数，但实际应用过程中泵房的受力情况具有一定的不均匀性，即使泵房整体抗浮验算满则设计规范的相关要求，有时仍有可能出现取水泵房单侧浮起倾侧的不安全状态。现阶段解决倾侧抗浮问题的一个有效途径类似于在天然地基上控制取水泵房底板最小应力的方法。当取水泵房采用抗浮锚杆来抵抗浮力后，通常情况下当取水泵房的底板设置在土基上时，将无法满足规范规定的应力不均匀系数的限值要求(通常情况下为2.0~3.0)，此时，可考虑用预应力抗浮锚杆或者强度更高的抗拔桩来替代原有的普通抗浮锚杆，但这对取水泵房的建设成本、施工难度以及施工工期都会产生很大的影响，通常情况下应尽量不要采用。

四、大水位差取水泵房结构抗浮验算

（一）整体抗浮验算及整体抗浮锚杆设计

取水泵房结构的整体抗浮安全系数计算公式为：

在倾侧抗浮锚杆的数量及布设位置已知的情况下，便可根据上式确定倾侧抗浮锚杆的抗拔力特征值。

五、结论

大水位差取水泵房结构抗浮设计对取水泵房的整体稳定性能有非常重要的作用，实际工程中取水泵房会受到来自外界的较大的浮力，通常采用增加自重和增设抗浮锚杆的形式来提高其抗浮性能，本文对取水泵房结构锚杆抗浮设计进行了详细的研究，望本文研究对今后取水泵房设计工作具有一定的指导作用。

参考文献：

[1]陈娟,张燎军,邬俊,白莉萍,陈进昌.睢宁二站泵房结构设计方案比选及抗震分析[J].水电能源科学,2010,07:74-77.

[2]刘耀,胡文杰.泵房结构设计的内容与方法研究[J].建材技术与应用,2012,03:39-41.

作者简介：

徐文强（1980-），男，2005年毕业于四川大学结构工程专业，工学硕士，工程师，主要研究方向为火力发电厂水工结构设计。