毕业论文-江苏省东辛农场引水泵站设计说明书.doc

扬州大学本科生毕业设计江苏省东辛农场引水泵站设计1.设计基本资料1.1工程概况江苏省灌云监狱位于灌云县境内东部，东临黄海，西连宁连、盐连高速公路。北倚西游记中的花果山，紧邻久负盛名的亚欧大陆桥东桥头堡连云港。监狱始建于1951年9月3日，占地总面积75.3平方公里，其中耕地6万余亩，林地1.2万亩，水面养殖2万余亩。这里土地肥沃，生态优良，人杰地灵，不仅稻谷飘香，清新宜人，还兼具了海的博大和山的俊美。灌云监狱隶属五图河农场，农场占地面积75.3平方公里，其中耕地面积6万余亩，林地1.2万亩，土地肥沃，树青水秀，生态良好，是一个不可多得天然农场。该区位于亚热带湿润气候区，季风明显，四季分明，年平均气温14.9，无霜期218天。雨热同季，降雨395.6mm；年内分布不均，汛期（6-9月）约占年雨量的60%。1.2兴建缘由由于该地区地势比较低洼，暴雨易形成内涝。特别是再汛期常受台风、江潮顶托的影响，常年水涝时有发生，为改善农业生产条件，保证农业增效，弄明增收和农村经济的快速稳定健康发展，依据上级部门有关排涝要求，现提出灌云监狱三泵站排涝建设项目，以确保该地区工农业生产的高产稳定，抗灾减灾的人民生命财产的安全。1.3基本资料1.3.1 泵站设计流量根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）要求，计算得泵站设计排水流量为13.5，侧向进水，正向出水。1.3.2 水位组合水位组合内河外河备注最高水位2.63.2最低水位0.30.1正常水位1.41.61.3.3工程地质、地形场地钻探深度范围内所揭示的土层土质，按其成因类型及土的性状自上而下分为如下诸层：第一层：17.79.6，填土，主要为黄色轻粉质壤土，夹碎砖，南岸有抛落得石块。第二层：9.63.1，灰色重粉质沙壤土夹壤土，流塑状。第三层：3.1-0.25，灰色粘土或壤土，流塑软塑状态。第四层：-0.25-2.3，黄色或黄褐色粘土，含铁锰结核，夹砂浆，硬塑状态。第五层：-2.3-6.65，含少量砾的重沙壤土，黄色或暗黄色，可塑状态。第六层：-6.65-11.33，灰白色壤土，硬塑状态，勘察深度仅在北岸揭露，未揭穿。上述各土层的具体分布情况请见“工程地质剖面图”。1.3.4 水文地质条件流域内地下水位分为潜水和承压水两大类型。潜水受地形和气候影响，地下水位埋深较浅，沿线断续分布的黄泛冲击层沙壤土未潜水含水层，地下水补给与附近的地表水、降水蒸发密切相关。浅层承压水埋深一般1045m，深层承压水埋深均在50m以上。1.3.5气象资料该区位于亚热带湿润气候区，季风明显，四季分明，年平均气温14.9，无霜期218天。雨热同季，雨量充沛，降雨395.6m；年内分布不均，汛期（6-9月）约占年雨量的60%。蒸发量大，多年年平均水面蒸发量970.8mm，汛期蒸发量约占50%以上。多年平均降雨量大于水面蒸发量，干旱指数0.97，但特殊干旱年份，由于年降雨量小，干旱指数在2.0左右。1.3.6地震烈度根据区域地质构造稳定性好、地基抗震稳定一般。场地不良地质不发育等综合评价，场地属于建筑抗震一般地段。查GB18306-2001“中国地震峰值加速度区划图”及“中国地震动反应普特征周期区划图”，场地地震峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为度；地震动反应谱特征周期为0.40s。拟建场区抗震设防烈度为6度。1.3.7 建筑物等级按3级建筑物设计，临时建筑物按4级建筑物设计。建筑物防洪标准按20年一遇设计，100年一遇校核。2水泵选型 2.1 扬程确定2.1.1泵站扬程本泵站为引水泵站，则设计净扬程=内河正常水位外河最低水位=1.41.0=1.3m最大净扬程=内河最高水位外河最低水位=2.60.1=2.5m2.1.2水泵扬程因为本泵站流量大扬程短，管路损失比较大，根据管路损失扬程估算表，取X=30%，则设计扬程=（1+30%）1.3=1.69m校核扬程=（1+30%）2.5=3.25m2.2水泵选型轴流泵是一种低扬程大流量的泵型，适用于平原圩区大面积灌溉排水，结合之前的数据以及建造地址，决定选用轴流泵。按上述扬程查水泵选型样本第一方案（高邮水泵厂）：9台800ZLB-125（高速）型轴流泵（叶片角度为0，n=485r/min，设计流量Q1.6m3/s，叶轮直径D700）第二方案（高邮水泵厂）：5台900ZLB-125（高速）型轴流泵（叶片角度为0，n=490r/min，设计流量Q2.8m3/s，叶轮直径D850）第三方案（高邮水泵厂）：3台1300ZLBc-125（高速）型轴流泵（叶片角度为0，n=300r/min，设计流量Q4.6m3/s，叶轮直径D1150）2.3方案比较参考水泵选型的原则：能满足泵站规划所需的扬程和设计流量;能正常运行；能在高效区运行；管理、保养、维修方便。表2-1 水泵样本具体参数表水泵型号安装台数叶片安放角流量转速电动机功率效率叶轮直径单位台m3/sr/minkWmm800ZLB-125901.64855578.5700500ZLB-160502.849013082.88850 1300ZLBc-125 3 0 4.6 300 130 79.8 1150方案比较：三种方案都能满足设计的流量和扬程要求，方案一使用的泵的台数太多，运行管理比较困难，而且台数太多，占地面积太大，土建投资也比较大。第三方案使用的台数太少，不能有效的调节引水的流量。不利于比较精确的控制引水量。选用5台900ZLB-125轴流泵，不仅满足设计的流量和扬程要求，而且占地面积较少，土建投资也比较少，运行管理业方便。该型号的泵运行比较稳定，效率比较高。综上所述，该泵站选用5台900ZLB-125轴流泵（叶片角度为0，n=490r/min，设计流量Q2.8m3/s，叶轮直径D850）。2.4电机选型泵站采用电动机为动力机，其配套功率按下式计算： 其中：电动机机备用系数水泵效率取0.8， 传动效率,联轴器直联 =0.98备用系数K水泵轴功率（kW）,满足条件。9.站身稳定计算站身稳定计算包括各种工况下的泵房稳定和泵房地基稳定，此处仅计算完建期、正常运行期、校核期和灌溉三种工况。该泵站的机水泵台数为5台，将整个站房作为计算单元，力以向下为正，向左为正，弯矩以顺时针为正方向，以底板前趾为基点。9.1作用荷载计算9.1.1站房自重站房自重包括：（1） 土建部分重量：泵站底板采用钢筋混凝土；上部结构采用钢筋混凝土排架结构和普通砖砌墙；窗户采用铝合金。（2） 机电设备重量。泵房自重列表计算，如下表9-1所示。表9-1站房重量计算构件名称体积计算公式（）到底板前趾的距离（m）重度（kN/）重力（kN）弯矩（kN）底板（7.53.7524.52224.18340.41中墩0.63.7524.5757.3442840.04边墩23.7524.56602475水泵梁0.44.524.5819.8683689.41后壁7.324.51170.938547.78电机梁及楼板0.24.524.5453.5442040.9泵房墙体内的柱子（0.60.46.55+0.80.46.5）224.5484.122178.54泵房墙体（2.80.46.55）2（1.625+7.375）24.51783.68026.2屋顶28.714.524.5703.3953165.2775土的体积0.56.3183.75181009.263784.725前壁0.43.9181.724.5680.3161156.5372电机及水泵5294147011040.48747420.829.1.2泵室内水重完建期，泵室内没水，则运行工况，泵室内最低水位为0.1m，泵房底板高程为-1.9m。则泵室内的水重为对底板前趾的力矩校核情况：，9.1.3浮托力完建期：完建期因为泵室内没有水，所有所受浮托力为0.运行工况下，泵室底板所承受的浮托力对底板前趾的力矩校核情况下浮托力为：对底板前趾的力矩9.1.4渗透压力完建期因为没水，所以渗透压力为0.运行工况下，外河水位为0.1m,内河水位为2.6m。用直线比例法计算，计算见图如下所示：图9-1设计水位下渗透压力图 h=0.46m渗透压力对底板前趾的力矩校核情况下，水位为2.6m,用直线比例法计算，如下图所示图9-2校核水位下渗透压力图 h=0.9m渗透压力9.1.5水平压力完建期，没水状态下，所以设计运行工况下：进水池内的水产生的水平压力对底板前趾的力矩出水池内的水产生的水平压力对底板前趾的力矩校核情况下：进水池内的水产生的水平水压力对底板前趾的力矩出水池内的水产生的水平水压力对底板前趾的力矩9.1.6土压力完建期：出水池底板重量忽略不计q=1土中各点静止土压力值为则，土压力（）设计运行期：校核情况下：完建期荷载汇总，见表 荷载名称 竖向力 水平力 对底板前趾的力矩 + 自重11040.48747420.82 土压力743.04928.26 合计11040.487743.0446492.56设计运行工况荷载汇总，见表：荷载名称竖向力 水平力 对底板前趾的力矩 + 自重11040.48747420.82 水重1948.246916.252 浮托力4101.315379.875 渗透压力304.291521.45 水平水压力（1）847.602875.8554 水平水压力（2）88.229.4 土压力743.04928.26 合计8583.13716.36237353.94校核情况下荷载汇总： 荷载名称 竖向力 水平力 对底板前趾的力矩 + 自重11040.48747420.82 水重1948.246916.252 浮托力4101.315379.875渗透压力595.352976.75水平水压力（1）847.602875.8554水平水压力（2）426.888313.0512土压力743.04928.26合计8292.077322.32635614.999.2抗滑稳定计算底板处土层属于第二层，淤泥，青灰色，饱和，流塑，细腻，土质较均，切面光滑，中等干强度，中等韧性，高压缩性。抗滑稳定安全系数：式中：泵房基础底面与地基之间的摩擦系数，取f=0.4 铅直方向作用力的总和，kN 水平方向作用力的总和，kN9.2.1完建期：满足抗滑稳定要求9.2.2设计运行期：满足抗滑稳定要求。9.2.3校核情况下：满足抗滑稳定要求。完建期，设计情况下，校核情况下，站身抗滑稳定计算汇总：见表计算情况GHKcKc结论完建期11040.487743.045.91.20满足规范安全要求设计情况8583.13716.362209.8 1.20满足规范安全要求校核情况8292.077322.32610.29 1.20满足规范安全要求9.3抗浮稳定计算抗浮稳定安全系数：式中：全部垂直荷载（kN） 扬压力（kN）9.3.1完建期由于扬压力为零，不用计算。9.3.2正常运行期满足抗浮稳定要求。9.3.3校核期满足抗浮稳定要求。9.4地基应力计算基底应力： 式中：作用于基底的所有铅直方向作用力的总和，kN 所有外力对底板地面中心点的力矩总和，力矩以顺时针为正，逆时针为负，kNm 计算泵身段的宽度，m 底板长度，m矩形的弯曲截面系数，m3，即9.4.1完建期不均匀系数：不满足地基应力要求，地基要处理，需要进行桩基础设计来满足。9.4.2正常运行期=50KPa不均匀系数不满足地基应力要求，地基要处理，需要进行桩基础设计来满足。9.4.3校核情况下=50KPa不均匀系数不满足地基应力要求，地基要处理，需要进行桩基础设计来满足。表9- 4 泵身地基应力计算汇总表计算情况Gepmxxpmin结论完建期11040.4870.45111.22 52.342.12需要进行桩基础设计设计水位8583.1370.694.0833.082.82需要进行桩基础设计校核水位8292.0770.5588.4534.392.62需要进行桩基础设计9.5泵房底板单桩垂直承载力的计算9.5.1资料（1）在完建期时，由泵房稳定分析得到总的垂直力 总的水平力 各力对底板前趾的和各力对底板的偏心距（2）桩的直径为0.6m,用C25混凝土制作9.5.2桩轴力计算（1）桩的重心离底板上游的距离（2）桩的重心对底板中心的偏心距为：（3）外荷载垂直力第（1）排桩所受的轴力9.5.3钻孔灌注桩垂直承载力的计算按摩擦桩计算，假定桩长22m,桩径为0.6m,则桩周长：桩截面面积：按照设计要求，选择第（6）层土层中的粘土作为桩端的持力层。查地质资料，单桩竖向极限承载力标准为（未考虑淤泥土体对桩周的侧摩阻力）：淤泥层的厚度为查地质资料，含砂性水下钻孔灌注桩，厚度为6.8m;粘土的水下钻孔灌注桩，厚度为2.7m,含粘土粉细砂的水下钻孔灌注桩，厚度为2.1m.故桩有点短，取桩长为26m,桩径为0.6m,则含粘土粉细砂的水下钻孔灌注桩，厚度为26-6.8-2.7-9=7.5m则综上所述：泵房底板采用桩长26m,桩径0.6m的钻孔灌注桩12根，桩顶高程为2.5m,桩低高程为28.5m.9.6配电间单桩垂直承载力的计算9.6.1配电间的荷载计算柱的体积为0.4屋顶的体积为13m墙的体积为6.5=27.95m屋内底板的体积为0.4柱的重量为101.92KN屋顶的重量为318.5KN墙的重量为684.775KN屋内底板的重量为352.8KN则，各力对房屋中间线的力矩为0.桩的直径为0.6m，用C25混凝土制作。桩的重心离上游的距离为桩的重心对房屋中心的偏心距为外荷载垂直力则，每根桩受到得力为9.6.2钻孔灌注桩垂直承载力计算按摩擦桩计算，假定桩长24m,桩径为0.6m,则，桩周长：桩截面面积：选择第5层中的粘土作为桩端持力层查地质资料，含砂性土水下钻孔灌注桩，厚度为6.8m.粘土的水下钻孔灌注桩，厚度为24-（4.15-0.4+18）=2.25m故单桩竖向极限承载力标准为（未考虑素填土和淤泥对桩周德侧摩擦力）=1.884因此，配电间和值班室底板采用桩长24m，桩径0.6m的钻孔灌注桩4根，桩顶高程为3.74m,桩低高程为-20.26m.10.翼墙稳定计算翼墙稳定计算包括各种工况下稳定，此处仅计算完建期，正常运行期和校核期三种工况。本设计上游采用悬臂式翼墙，下游采用的是重力式翼墙。简便起见，选择一段最不利的翼墙段进行稳定计算。本设计以选择翼墙的最大尺寸处为例进行稳定计算。为了计算翼墙的稳定，取其中的中间一段为研究对象，单位纵向长度作为计算单元。地下水位高程为2.5m. 回填土属性：回填土粘粒含量19.6%，其内摩擦角，C=18.6KPa，天然重度为18.6KN/m,饱和重度为19.8KN/m。10.1上游圆弧型翼墙的稳定计算悬臂式翼墙开三级反虑，出水洞高程为，取单位为1m，进行计算。10.1.1作用荷载计算（1）自重对底板前趾的力矩（2）挡土墙上的土重完建期 设计运行期 =178.56+277.2=455.76KN对底板的力矩校核期（3）挡土墙上的水重完建期无水，故不需要考虑设计运行期对底板前趾产生的力矩为校核期对底板前趾的力矩为（4）挡土墙的土压力完建期主动土压力为对底板前趾产生的力矩设计运行期主动土压力对底板前趾产生的力矩校核期：由于C=0.92m,假定全部在水下，则，主动土压力力矩（5）浮托力完建期因为完建期没有水，所以浮托力为0.正常运行期由于水位为则，浮拖力为对底板产生的力矩校核期浮拖力为 力矩 上游圆弧型翼墙受力汇总 工况名称完建期 正常运行期 校核期自重力（）129.24129.24 129.24弯矩（+） 243.669 243.669 243.669土重力（） 438.96 455.76 463.44弯矩（+） 1536.36 1595.16 1622.04土压力力（） 141 89.2 59弯矩（） 252.86 185.432 105.8浮拖力力（） 225.5 318.01弯矩（） 665.225 938.13水重力（） 34.3 49.98弯矩（+） 17.15 24.99力（） 568.2 393.8 324.65力（） 141 89.2 59弯矩（+） 1527.169 1005.322 846.76910.1.2抗滑稳定完建期满足抗滑稳定要求。设计运行期满足抗滑稳定要求。校核期满足抗滑稳定要求。10.1.3抗浮稳定完建期不用算正常运行期满足抗浮稳定要求。校核期满足抗浮稳定要求。10.1.4地基应力计算完建期正常运行期校核期 10.2下游翼墙稳定计算当翼墙高度增加时，则不稳定，所以选择出口段的一段翼墙计算，选择1m长。 10.2.1作用荷载计算（1）翼墙自重对底板前趾产生的力矩（2）翼墙后土重完建期对底板前趾产生的力矩为设计运行期的水位为1.4m土壤没有进水，土重等于完建期的土重对底板前趾产生的力矩校核期校核期水位为 x=0.27m土重+（3）挡土墙水重完建期没有水，则不需要考虑设计运行期对底板前趾产生的力矩为0校核期（4）挡土墙上的水的水平水压力由于开了三级反虑孔，故水平水压力相互抵消，所以不需要进行计算。（5）挡土墙的主动土压力采用郎肯土压力公式由于回填土粘粒含量19.6%，最优含水量15.9%，其内摩擦角为18.2，C=18.6KPa, 天然重度为18.6KPa ,饱和重度为19.8KN/m。按粘性土进行计算。则，由于上述C在试验条件下计算，需要除以（3-5）倍，这里取除以三倍。主动土压力对底板前趾的力矩设计运行期主动土压力对底板前趾的距离校核期水位为2.6m,距翼墙顶部为1.4m,则，对底板前趾的力矩（6）浮托力完建期完建期没有水，故不需要计算。正常运行期由于水位为1.4m所以浮托力 对底板产生的力矩校核期 水位为2.6m.浮托力 力矩 下游翼墙作用荷载汇总表 工况名称完建期 正常运行期 校核期自重力（）62.3 62.3 62.3弯矩（+） 56.9 56.9 56.9土重力（） 38.13 38.13 40弯矩（+） 60.605 60.605 49.16土压力力（） 21.1 19.74 2.84弯矩（） 14.63 14.43 1.5浮拖力力（） 225.5 318.01弯矩（） 7.84 31.36水重力（） 5.88弯矩（+） 1.47力（） 100.43 92.59 76.82力（） 21.1 19.74 2.84弯矩（+） 102.875 95.235 74.6710.2.2抗滑稳定完建期满足抗滑稳定要求。正常运行期满足抗滑稳定要求。校核期满足抗滑稳定要求。10.2.3抗浮稳定计算完建期完建期没水，故不需要计算正常运行期满足抗浮稳定要求。校核期满足抗浮稳定要求。10.2.4地基应力计算 A=2完建期运行期=2.0校核期11出水池稳定计算出水池稳定计算包括各种工况下稳定，此处仅计算完建期，正常运行期和校核期三种工况。以整个出水池作为计算单元，与相邻的进水池隔开来考虑，则与进水池相邻侧没有力的作用。出水池形状见下图1.因为此出水池为不规则图形，对底板建立如图所示的坐标系，确定出水池的形心，从而确定其中性轴 式中：，为组合图形在zoy坐标中的形心坐标 各简单图形的面积各简单图形的形心在zoy坐标轴中的坐标所以组合图形的形心为： 由于该图形关于Y轴对称，故2.出水池底板惯性矩的确定先计算出个简单图形的惯性矩，再根据平行移轴公式确定组合图形的惯性矩。，式中简单图形对截面形心的惯性矩A简单图形的面积a简单图形形心轴至组合图形形心轴的距离，式中组合图形的惯性矩简单图形的惯性矩从而可以得到： = = =则， 11.1作用荷载计算11.1.1出水池自重 出水池自重计算表 （对底板底层取矩，顺时针为正）部位算式重度重力力臂力矩底板前段16.45 0.4=32.824.5803.62.52009收缩段5 5.6 0.4+0.5 5.4 5 0.4 2=2224.55397.54042.5闸门段3.5 5.6 0.4=7.8424.5192.0811.752256.94边墩前段20.553.6=1824.54412.51102.5收缩段20.57.363.6=26.524.5649.257.54869.37闸门段20.543.6=14.424.5352.811.754145.4便桥3.50.25=3.524.585.7511.751007.56闸门229.8=39.239.211.75460.6启闭机229.8=39.239.211.75172.7启闭机梁0.30.45=0.624.514.711.75172.7栏杆0.00124.526.4611.75310.93183.0420838.0711.1.2出水池内水重完建期： 出水池內没有水所以不需要，所以不需要进行计算。设计运行期：水位高程为，所以水重为：对底板前趾的力矩校核期：水位高程为，所以水重为：对底板前趾的力矩为11.1.3 出水池两侧水压力和土压力 出水池两侧的池内水压力大小相等，方向相反。池外地下水压力大小相等，方向相反。池外土压力大小相等，方向相反。需计算的池内水压力，池外地下水压力，池外土压力为收缩段所承受。 收缩段在水平面内的投影力进行分解。现只计算沿出水池轴线方向的分力，垂直作用于轴线方向的分力大小相等，方向相反，故可不进行计算。1.池内水压力完建期： 池内无水，所以可不进行计算。设计运行期： 水位高程为，所以水压力为：对底板前趾的力矩为校核期：水位高程为，所以水压力为：对底板前趾产生的力矩2.池外水压力 地下水位取填土以下1.01.5m处,，现定位2.5m，故池外水压力计算如下：完建期：池内无水，所以可不进行计算。设计运行期：对底板前趾的力矩为：所以两边受力之和为：校核期：对底板前趾的力矩为：所以两边受力之和为：3.池外土压力 因为池壁是竖直的，所以采用朗肯主动土压力公式计算池壁所受的土压力，由于粘粒含量不多，所以按照无粘性土进行计算。完建期：朗肯主动土压力系数为:主动土压力为：对底板前趾的力矩为（2）正常运行期主动土压力为对底板前趾产生的力矩校核期：主动土压力为对底板前趾产生的力矩11.1.4 浮托力完建期： 完建期上下游均无水，故不需要继续计算浮托力。设计运行期：设计运行期上游水位取为，因底板形状不规则，则底板下的浮托力要分块进行计算，则出水池底板下的浮托力为：对底板前趾产生的力矩为：校核期： 由于此时水位与设计运行期相同，所以浮托力为：对底板前趾产生的力矩为：11.1.5渗透压力由于底板形状不规则，故底板下的渗透压力要分块计算完建期： 完建期上下游均无水，故不需要继续计算渗透压力。设计运行期：则，渗透压力为：对底板前趾产生的力矩为校核期：则，渗透压力为对底板产生的力矩为出水池作用荷载汇总表（顺时针为正）工况完建期设计运行期校核期自重力（）3183.043183.043183.04弯矩（+）20838.0720838.0720838.07水重力（）01534.683376.296弯矩（+）08308.4418278.568池内水压力力（）052.92256.13弯矩（+）038.83290.28土压力力（）842.4518.96518.96弯矩（-）1123.2713.22713.22渗透压力力（）01228.6752365.578弯矩（-）07912.715198.3浮托力力（）0153.46153.46弯矩（-）0830.75830.75池外水压力力（）0330.75330.75弯矩（-）0275.6275.6力（）3183.043335.5854040.298力（）842.4796.79593.58弯矩（+）19714.8719453.0722389.011.2 抗滑稳定计算抗滑稳定安全系数：式中：翼墙基础底面与地基之间摩擦系数，取包括墙身自重、土重等垂直荷载以及基底面上扬压力的