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水利工程论文-太浦河泵站工程设计特点.doc

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水利工程论文-太浦河泵站工程设计特点.doc

水利工程论文太浦河泵站工程设计特点摘要太浦河泵站为大(1)型泵站,具有扬程低、流量大的特点,设计对一些重大的技术问题开展了一系列试验和研究工作,并将这些科研设计成果应用于工程实践,使枢纽布置、建筑物设计、机电设备选型和布置更加合理。关键词太浦河泵站枢纽布置优化设计1前言太浦河泵站位于江苏省吴江市太浦河已建太浦闸南侧,西距东太湖约2km,北距吴江市约30km,苏州市约51km。太浦河泵站是太浦河工程的重要组成部分,其工程等别属Ⅰ等工程,工程规模为大1型,泵站枢纽由泵房、变电站、进、出水渠、拦污栅闸、泵站交通桥等部分组成。建筑物防洪标准为100年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核。太浦河泵站是上海市的重点工程,水利部上海勘测设计研究院在工程施工图设计开始之初,就提出了包括13个课题的创优计划,提出了创优设计总目标及要求。随着设计的深入和课题的研究,特别是对一些重大技术问题开展了一系列试验和研究工作,通过将试验和研究成果应用于工程实践,使建筑物设计、设备选择和布置不断趋于合理。太浦河泵站开工18个月就实现了泵站的建成以及良好的初期运行,说明了太浦河泵站的设计基本是成功的,而一个合理先进的优秀设计能有力促进工程建设。本文就太浦河泵站的设计特点简要作一介绍。2枢纽布置2.1进水渠布置根据泵站设计规范(GB/T5026597)的规定,进水渠宜顺直,衬砌渠道的弯道半径不宜小于渠道水面宽度的3倍,弯道终点与前池进口之间的直线段长度不宜小于渠道水面宽的8倍。由于太浦河泵站地处富饶的太湖之滨,土地资源十分宝贵,而进水渠为新开河道。为了少占耕地,设计委托河海大学水利水电科学研究所进行了水工模型试验,试验认为原设计为减少征地拆迁,采取较小弯道半径和引渠长度,经试验验证,只要采取适当的辅助工程措施,总体布置是可行的。通过模型试验,在进水渠入口设置导流建筑物,优化堤头体形,将弯道半径减小为2.5倍的水面宽度,弯道终点至前池进口之间的直线段长度为渠道水面宽的2.62倍,为此节省工程永久征地约231亩,节约征地投资约618万元。2.2泵站站桥分离布置太浦河泵站的进水渠截断了太浦河南北两岸的主要交通通道,因此须新建交通桥与太浦闸下游侧的公路桥一起组成南北两岸的交通通道。为便于泵站运行管理、改善泵站环境,太浦河泵站采用站桥分离布置方式。2.3地下连续墙由于太浦河泵站基坑采用放坡大开挖方案,又紧邻太浦河和太浦闸,基坑坡顶边线距太浦闸南侧边墩距离40m左右,距太浦河南岸堤防外河坡顶边线仅15m左右,因此基坑北侧若不加防护而直接对基坑降水,不仅有可能对太浦闸的安全造成威胁,而且基坑靠太浦河一侧的大堤内极易产生渗透破坏,进而威胁大堤及基坑的安全。因此,为确保泵站基坑、太浦闸以及太浦河南堤的安全,在太浦河与基坑之间设置混凝土防渗地连墙。混凝土地连墙采用悬挂式,成槽采用射水法施工,墙厚24cm,地连墙总长240m。3泵房3.1主泵房地基处理泵房底板基础落在⑤层灰色粉质粘土上,地基承载力标准值为105kPa,⑤层下部为⑥层棕黄、灰绿色粉质粘土,该土层厚约5.2m,土质均一,呈硬塑状态,属中压缩性土,其承载力标准值为300kPa,是泵房基础较好的浅层持力层。在初步设计中,曾采用了预制钢筋混凝土方桩、灌注桩和水泥搅拌桩三个方案进行技术和经济比较,前两种地基处理方案几乎适用于所有的软土地基,施工经验丰富,质量易控制,但造价较高水泥搅拌桩一般适用于软弱粘性土和粉性土地基,由于受搅拌机械搅拌能力的限制,一般不适用于地基承载力设计值大于120kPa的粘性土和粉性土,而⑤层灰色粉质粘土经宽深修正,其承载力设计值达129kPa,经综合分析,因水泥搅拌桩方案投资省、抗渗效果好以及能较好地适应地基变形等优点而被选为推荐方案。经对泵房水泥搅拌桩单桩和单桩复合地基的载荷试验,试验结果达到了预期地基加固的目的。3.2安装间、变电站基础处理在初步设计阶段,安装间和变电站地基采用水泥搅拌桩进行地基处理,且临主泵房侧采用垂直开挖、水泥搅拌桩垂直围护的方案。由于水泥搅拌桩围护须达到水泥土龄期后方可开挖,而泵站施工工期又比较紧,因此在施工图阶段,泵房临安装间和变电站的水泥搅拌桩垂直围护方案改为大开挖方案,安装间和变电站地基处理改为灌注桩方案。3.3顶撑结构和泵房止水布置太浦河泵站主泵房南北两侧回填土高度较高,分别为10.05m和9.55m,这给泵房的纵向稳定带来不利影响。经计算,在完建期和设计低水位工况,泵房纵向抗滑稳定不满足规范要求。经研究,在相邻的主泵房边跨底板和中跨底板的侧面,设置相向四对面积为0.9m0.9m的顶撑结构,该顶撑结构处实行并缝处理,以抵消泵房边跨两端的水平力。在初步设计阶段,泵房伸缩缝(顺水流方向)的止水布置是沿着泵房2m厚的底板厚度中心线布置的。为确保泵房纵向稳定,改善泵站运行时流道边墩和底板受力条件,在施工图阶段对泵房的止水布置进行了优化。将泵房顺水流方向的止水高程从上游侧7.05m向上抬高至1.00m,将高程1.00m以下的下游侧伸缩缝的填缝材料改为透水材料,使缝间充满水并与泵站下游水位相通,起到平水压作用,并抵消部分泵房边跨段边墙的水平力,3.4泵房底板的三维有限元分析与仿真计算太浦河泵站泵房底板采用二机一联布置,共分三块底板,底板平面尺寸为40.45m22.50m(长宽),底板厚为2m,底板平面尺寸大且结构布置复杂,为使底板设计尽可能与底板实际受力情况相符合,避免应力集中以及出现底板、流道顶板和墩墙等影响工程使用的裂缝问题,确保泵房底板安全,对太浦河泵站的底板与流道进行了三维整体有限元分析与仿真计算。通过对复杂结构的整体分析以及对复杂施工情况和各种环境因素进行计算机仿真模拟,确定了合理的结构布置和施工方案,确保了泵房底板、墩墙和顶板未出现可视裂缝。3.5泵房布置和建筑立面在初步设计,泵站的副厂房布置在泵房上游侧的进水平台上,因进水平台宽度受水泵进水流道布置限制,因此显得比较拥挤,且因副厂房布置,显得进水平台狭小,泵房的建筑立面也受到了很大的影响。在施工图阶段,对泵房布置和建筑立面进行了优化。将进水平台上的副厂房移入变电站内,扩大泵房南端的变电站面积,使主要电气设备集中在变电站内,便于集中管理,同时为美化泵房立面提供了条件。太浦河泵站建筑立面追求简洁明快的现代工业建筑风格。外墙采用大面积白色及灰色涂料,点缀墨绿色装饰板及钢架,外墙立面上刻意勾出细缝,增加立面的层次。变电站顶部设计装饰构架,增加建筑的高度,创造出标志性的视觉中心。整幢建筑以浅色外墙、墨绿窗框、灰蓝色玻璃及铝塑板来加以装饰,格调高雅,极具现代感。4进、出水渠生态护坡多自然型河流建设方法是目前国际上比较流行的一种河道环境综和整治的新方法,它把水边作为多种生物生息空间的核心,并把河流建设成尽量接近于自然的状态。在建设多自然型河流中,重点是努力创造出具有丰富自然的并具有魅力水边环境。为了体现环境水利的理念,美化泵站环境,与日本冲谷实业(深圳)有限公司进行了合作,对太浦河泵站进、出水渠护坡结构进行优化设计。进出水渠生态护坡的设置高程以不影响进出水渠的过水能力为前提,根据渠道水位的变化范围和现场进行的植物调查,曾研究了在水位的不同区域的坡段内选用合适的植物。生态护坡不仅工程造价相对较低,且符合当今世界崇尚环境的思想。虽然太浦河泵站护坡优化设计与工程的实施方案有一些差异,但其以人为本、环境水利的设计理念,和生态护坡的设计原则以及试验段的一些成功的经验,仍能为以后的设计提供借鉴。5进、出水池翼墙泵站进水池翼墙的最高挡土高度为13.05m,出水池翼墙的最高挡土高度为11.45m,地面高程6.00m~5.00m,在软土地基上建造如此高的挡土墙在国内是不多的。翼墙结构型式主要与挡土高度有关,经方案综合比选,选用空箱扶壁式

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