项目5 任务七 泵房的整体稳定分析

同学们大家好，欢迎大家走进水泵与水泵站的课堂。在任务六中我们知道泵房的尺寸包括泵房的长度、跨度(宽度)和高度，是根据泵房内部设备的布置、泵房的结构形式等确定的。在完成泵房内部布置及尺寸初步拟定后，在不同的情况下都能保证泵房自身的整体稳定，还必须进行泵房整体稳定分析。项目五

泵房设计下面我们共同进入任务七泵房的整体稳定分析这部分内容的学习。泵房整体稳定分析,它包括抗滑、抗渗、抗浮稳定计算及地基应力校核等内容。湿室型和块基型泵房需进行抗渗、抗滑及地基应力校核;分基型泵房只需进行基础的基底压力验算;干室型泵房需进行抗滑、抗渗、抗浮稳定计算及地基应力验算。如果不能满足要求，则必须对泵房内的设备布置或其尺寸进行调整，对地基进行处理,直到满足稳定要求后才能进行泵房有关构件的结构计算。泵房在各种不利荷载组合的情况下，都应保证整体稳定。首先是地基的稳定，泵房基底压力不应超过地基土的允许承载力,以免地基产生过大的沉陷或不均匀沉陷，或深层滑动，在渗透水流作用下，应保证地基的渗透稳定,不产生管涌和流土现象。对泵房本身,应保证抗滑稳定和抗浮稳定。由于稳定计算时已控制了泵房地基应力不均匀系数,故一般不需要做泵房的抗倾稳定验算。在整体稳定分析之前，首先要选择可能出现的最不利荷载组合，干室型和墩墙、箱型湿室型泵房整体稳定分析时，通常按下列几种荷载组合情况进行计算：（一）泵房的荷载组合（1）完建期：土建工程和设备安装已完成,但尚未投人运行,进出水侧均无水，但岸墩及后墙已回填土,泵房承受建筑物和设备的自重，如果出水侧建有挡土墙，泵房还承受侧向土压力。(2)正常运行期。进、出水建筑物均为设计水位，泵房除承受完建期的各种荷载外，还承受过水部分的水重，以及设计水位情况下的浮托力、渗透压力和侧向水压力。对于堤身式排水泵房，进、出水侧水位指相应于泵站抽排设计流量时的水位，对于堤后式泵房来说，进水侧水位为设计内水位，出水侧水位由该地区地下水的埋藏深度确定。（3）非常运行期：进、出水侧均取最高水位。（4）检修期：泵站应在低水位时进行检修。进水建筑物清淤时，需将建筑物内的水抽干，墩墙式湿室型和箱式湿室型泵房检修水泵时，可逐孔，只抽空一孔进水建筑物的水。稳定计算时应根据具体情况确定检修期泵房的荷载。计算中作用的主要荷载有泵房自重、水压力、浪压力、渗透压力、浮托力等，地震力的考虑由建筑物等级及地震力的大小面定，前述荷载均可归纳为水平和垂直两个方向的力。工况荷载组合自重静水压力浮托力渗透压力土压力泥沙压力浪压力完建期√√——√——正常运行期√√√√√√√非常运行期√√√√√√√检修期√√√√√√√1．表层抗滑稳定分析式中：Kc

——抗滑稳定安全系数；[Kc]——允许的抗滑稳定安全系数，按照地基类别、荷载组合和泵站

建筑物级别查《泵站设计规范》（GB50265—2010）取用；ΣG——作用于泵房基础底面以上的全部竖向荷载总和，kN；（二）抗滑稳定分析ΣH——作用于泵房基础底面以上的全部水平荷载之和，kN；f——泵房基础底面与地基间的摩擦系数，非岩基可按下表取值。地基类别软塑粘土壤土砂壤土、砂土中等坚硬摩攘系数0.20～0.250.25～0.350.35～0.450．25～0.400.35～0.40当底板分缝时，可按任一跨间的基础底作为一个计算单元进行计算，各跨间之间考虑沉陷缝间力的传递作用。如果计算后发现不满足抗滑稳定的要求，在不专门增加泵房重量的前提下,可采取下列措施予以调整，重新计算:

(1)降低后墙及岸墩的填土高度,减少边载作用;(2)控制回坡土高度，尽量避免选用饱和粘土回填，根据当地材料情况，可以优先选用粗粒土料或石料，以增大土壤的内摩擦角;

(3)在填土侧加筑排水设施，控制地下水位，降低后墙及岸墩渗水压力。

（4）设置齿坎或在泵房出水侧加设或加长阻滑板。设置齿坎式中A0——齿坎内侧面积，㎡；C——地基土的凝聚力，kPa。设置阻滑板或铺盖式中G1—阻滑板自重及阻滑板或铺盖上的水重，kN。2．深层抗滑稳定分析式中——软弱夹层表面处地基附加应力、自重应力，kPa；

KG’——深层抗滑安全系数；[KG’]——深层抗滑安全系数允许值。

粘土地基取0.20，沙土地基取0.25。（三）抗浮稳定分析由于干室内不允许进水，在高水位时浮力很大，必须进行抗浮稳定校核。抗浮稳定校核可选择泵房土建施工完毕，机组未安装，四周未回填土，泵房四周水位达最高洪水位时。此时抗浮力为泵房土建部分自重，有屋面系统、砖墙、水下墙及底板等,各部分自重的方向朝下，浮托力为泵房淹没于水下部分同体积的水的重量,方向朝上。抗浮稳定程度的安全系数为抗浮力与浮托力之比，必须大于等于允许的抗浮安全系数，根据水工建筑物的要求取1.1~1.2。如果不满足抗浮稳定要求,可考虑增加泵房的自重或将底板适当伸出并回填土以利用其上的水重及士重,从而加大泵房的抗浮能力。式中KB

——抗浮稳定安全系数；[KB]——抗浮稳定安全系数允许值，1.10～1.20，根据建筑物的等级而定；

ΣG——泵房土建部分的重量，以及泵房底板伸出段上的填土重和水重，kN；

ΣV——泵房淹没于水下同体积的水重，kN。对于湿室型和块基型泵房及干室整泵房，由于泵房本身直接承受因进、出水侧水位差而造成的水平推力及渗透压力和浮托力，所以泵房顺水流方向的长度除满足机组本身有关的要求外，还要考虑泵房稳定及渗径长度所需要的地下轮廓尺寸，特别是在软土地基上修建大型排水站，更要十分重视。（四）抗渗稳定分析为了满足一定渗径长度的要求，主要是依靠泵房地板长度，以及利用出口处的防渗板，并且在渗流溢出处设反滤层及铺盖等措施，以防止管涌和流土产生,避免地基土渗透变形,确保泵房的整体稳定。

地下轮廓线(或称渗径)是从水流的入渗点开始沿建筑物的不透水地下轮廓到渗流的逸出点。

1、分析方法抗渗稳定分析为了保证地基土的渗透稳定性，泵房及其连接建筑物不透水部分的地下轮廓线长度，必须大于不产生渗透变形所需的渗径长度。中小型泵站设计中，常用勃莱法或莱茵法计算最小渗径长度。1）勃莱法式中

CB——勃莱系数；LH、LV——水平、铅直防渗长度，m；H——作用水头，m。2）莱茵法式中

CL——莱茵系数。勃莱系数和莱因系数土壤类别勃莱系数莱因系数无反滤层有反滤层无反滤层有反滤层淤

泥12.08.0砂极

细粒8.56.0细

粒9～106.07.04.9中

粒8.04～56.04.2粗

粒8.04～55.03.5砾

石7.03.5～4.03.52.5黄

土7～83.5～4.0粘壤

土6～73.0～3.5粘土中

密2.01.5密

实1.81.5极

密实1.61.52.防渗措施

如果实际的地下轮廓线长度小于允许的渗径长度，则必须采取工程措施，加大地下轮廓线。布置防渗措施的原则是上挡下排。一种措施是使地下轮廓线水平伸展，即在紧靠泵房底板的进水侧增设不透水的防渗铺盖;另一种措施是垂直延伸，在泵房底板上设齿坎,在底板下打板桩。另外，在出水侧布置反滤层。

(1)水平防渗(防渗板或铺盖)。要求在长期使用下不透水,并能适应泵房及地基的变形。按建筑材料的不同有混凝土、沥青混凝土等防渗板或铺盖。其长度一般为泵房最大水头的1~2倍。(2)反滤层构造。反滤层是由粒径不同的无黏性砂砾组成，粒径自下而上逐渐加大，二般采用3~4层,每层厚度0.10~0.30m。如自下而上为细砂(粒径d=0.05-2mm)、中砂(粒径d=0.5~10mm)、细石(d=1~2.5mm)碎石(d=6-12mm),反滤层长度一般取5~10m,其上部设置铺盖，铺盖上有φ5的排水孔，呈梅花形布置。1、分析方法为了保证地基的整体稳定,在各种荷载组合情况下，泵房基础底部对地基的压力(基底压力或地基反力)应符合要求，地基应力不均匀系数(即最大基底压力与最小基底压力的比值)不应大于规定的允许值。泵房的基底压力，可按偏心受压公式计算。（五）地基稳定分析1）地基应力

式中

ΣY—作用在泵房上的所有竖向荷载，kN；B——泵房底板在偏心方向的宽度，m；L——泵房底板长度，m；e——泵房上的所有荷载向底板中心简化的偏心距，m；[R]——地基承载力，kPa。2）地基应力不均匀系数

在进行地基稳定计算时，除校核地基承载能力外，还要校核地基应力不均匀的分布程度，在受偏心荷载作用下地基过大的不均匀沉陷，可能导致泵房倾斜，影响机组正常运行；或拉裂沉陷缝的止水，影响防渗，应避免发生过大的不均匀沉陷，所以必须将泵房基底压力的不均匀系数η限制在一定的范围内。式中[η]——地基应力不均匀系数允许值，由下表查询。

若η值不能满足要求，可调整泵房内部布置，或改变泵房结构尺寸或采取工程措施，减小站后土压力和水压力，使基底压力分布尽量均匀。Pmax及Pmin相差过多是不利的,特别是在软土地基上会造成基础的倾斜;对于基础底面和基土脱离也是不允许的，即在一般情况下:Pmax≤[R]Pmin>0。对于重要的大型排水站来说，还需要进行地基的变形计算,计算地基的最大沉降量，校核其变形是否满足设计要求，以确定沉降量，保证地基的变形完成后,建筑物的标高接近于设计标高。2、常用的地基处理措施当在设计中出现不能满足地基稳定要求时，可以针对具体情况采取下述措施:(1)将底板向进水侧或出水侧方向延长，利用改变基础宽度的办法，减小偏心程度。(2)用减轻(挖空)或增加(填砂、土或放水)某一侧及某一部位的重量的方法，使地基应力分布尽量均匀。(3)改变底板的底部形状，如做成齿墙状或反拱、反连拱状，或者根据需要将部分底板做成向进水侧或出水侧方向倾斜，以达到降低进口或出口处挡土墙高度的目的，对泵房的稳定有利。

(4)进行必要的地基处理，如换砂基或打板桩及加做阻滑板等。采取上述措施后,都会不同程度地改变垂直力或水平力的数