（水利工程专业论文）南水北调二级坝泵站主厂房混凝土整体结构设计研究.pdf

摘要 二级坝泵站是南水北调东线工程的关键性控制工程，泵站工程的建设质量至关重要。 本工程在初步设计阶段，根据泵站设计规范( g b t5 0 2 6 5 9 7 ) 中土基上泵站伸缩缝间距小 于3 0 m 的规定，主厂房结构采用常规的分缝方案：主厂房整体结构分为二联，左侧三个泵组为一 联，右侧二个泵组+ 检修问为一联。在设计计算过程中，发现主厂房分缝方案存在以下主要问题： 结构有一侧临空，为悬臂受力体系，为保证厂房的侧向稳定性，墙后填土需网填水泥土：结构应 力水平较高，应力集中现象明显；结构存在扭转效应；地基应力超出地基承载力，需进行换填水 泥土地基处理；正常运行工况地基沉降不均匀；主厂房需设置缝墩，增加一榀排架；伸缩缝内需 设置止水，施工工序繁琐。已建工程现场调研表明，伸缩缝往往成为渗漏通道，日后给工程维修、 使用造成不便。 由于受规范中土基上泵站伸缩缝间距小于3 0 m 规定的限制，我国泵站设计基本采用常规的分 缝方案，鲜见整体结构设计的工程实例，更缺乏系统、全面的设计研究。 随着混凝土材料和裂缝控制技术的研究，一批超长、超大混凝土结构陆续建成，取得了很好 的效果。随着人们对混凝土裂缝产生机理认识的加深，混凝土材料性能和施工管理水平的逐步提 高，各类建筑物( 构筑物) 的伸缩缝间距越来越大，尽量少设缝或不设缝成为混凝土结构的一种 发展趋势。各类成功的工程实例，为泵站主厂房混凝土结构的无缝设计，提供了宝贵的经验。 查阅大量资料，调研类似工程，并采用大型结构有限元分析程序对结构和地基进行了各种情 况下的计算分析，尤其是对温度应力的影响和对策进行了充分的分析论证。经过大量计算分析论 证，本文提出泵站主厂房混凝土整体结构设计方案。 与分缝结构设计方案相比，具有以下优势：主厂房整体结构受力合理，受力均匀；主厂房整 体结构沉降均匀，沉降量小，沉降差小，对工程运行和设备耐久性有利；主厂房整体结构地基应 力水平低：不需进行基础处理；主厂房整体结构两侧土压力相互自平衡，不存在主厂房侧向稳定 问题，无需专门的处理措施，降低了工程造价；主厂房整体结构由于中间不设缝，不会发生止水 漏水难以处理问题：取消中间止水，减少了施工工序，施工难度有所降低；工程投资较省，比分 缝方案投资节省约3 0 0 万元。整体结构设计方案与分缝方案相比具有明显的优势。本研究成果已 应用于南水北调二级坝泵站工程，在南水北调泵站工程建设中第一次采用。 本项目的研究成果可为以后同类丁程的设计提供宝贵经验。 关键词：泵站，整体结构，分缝，研究。 a b s t r a c t e rj i b ap u m p i n gs t a t i o ni st h ek e yp r o j e c to fe a s t e r nr o u t eo fs o u t h - t on o r t hw a t e rd i v e r s i o n p r o j e c t t h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yo fp u m p i n gs t a t i o ni sa l l i m p o r t a n t p u m p i n gs t a t i o nm a i nw o r k s h o p es t r u c t u r ea d o p t e dp a r t i n gs c h e m ei np r i m a r yd e s i g ns t a g ei n a c c o r d a n c ew i t hd e s i g nc o d ef o rp u m p i n gs t a t i o n ( g b 丌5 0 2 6 5 9 7 ) s e c t i o n6 1 1 7 ，p u m p i n gs t a t i o n d e f o r m a t i o nc r a c kd i s t a n c es h a l ib en om o r et h a n3 0m e t e ro ns o i ib a s e t h e r ea r em a n yd e f e c t sf o r p a r t i n gs c h e m e ：al a r g en u m b e ro fs o i l c e m e n to fw a l lb a c k f i l li sn e e d e df o rc a n t i l e v e rs t r u c t u r e ； c o n s t r u c t u r es t r e s sl e v e li sh i g h ；t h e r ei st o r s i o n a le f f e c ti ns t r u c t u r e ；t h eb a s en e e d sf o u n d a t i o n t r e a t m e n tf o rf o u n d a t i o np r e s s u r ee x c e e d i n gb e a r i n gc a p a c i t yo ff o u n d a t i o n ；f o u n d a t i o ns e t t l e m e n ti s u n e v e n ；w a t e r - s e a ii sn e e di nd e f o r m a t i o nc r a c k d u et or e g u l a t ea n dt u r k e y - b a s e de x p a n s i o nj o i n t so nt h ep u m ps t a t i o ns p a c i n go fl e s st h a n3 0 m u n d e rt h er e s t r i c t i o n s ，t h eb a s i cd e s i g no fo u rp u m ps t a t i o n su s i n gc o n v e n t i o n a ls u b - s e a mp r o g r a m ， r a r ei nt h eo v e r a l ls t r u c t u r a ld e s i g no ft h ee n g i n e e r i n ge x a m p l e ，a l s ol a c ko fas y s t e m a t i ca n d c o m p r e h e n s i v ed e s i g ns t u d i e s w i t ht h ec o n t r o lt e c h n o l o g yo fc o n c r e t em a t e r i a l sa n dc r a c k si nt h es t u d y , ag r o u po fl o n g ，l a r g e c o n c r e t es t r u c t u r eb u i l to n ea f t e ra n o t h e ra n da c h i e v e dg o o dr e s u l t s a sp e o p l e 。su n d e r s t a n d i n go ft h e m e c h a n i s mo fc o n c r e t ec r a c k sd e e p e n ，t h ec o n c r e t em a t e r i a lp r o p e r t i e s ，a n dg r a d u a l l yi n c r e a s et h e l e v e lo fc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ，a l lk i n d so fb u i l d i n g s ( s t r u c t u r e s ) o ft h ee x p a n s i o nj o i n ts p a c i n g i n c r e a s e s ，a sl i t t l ea sp o s s i b l ew i t hj o i n t so rn oj o i n t si n t oc o n c r e t es t r u c t u r e so fat r e n d 。a l lk i n d so f e x a m p l e so fs u c c e s s f u le n g i n e e r i n g ，h a sp r o v i d e dv a l u a b l ee x p e r i e n c ef o rt h em a i np u m p i n gp l a n t c o n c r e t es t r u c t u r e so ft h es e a m l e s sd e s i g n a c c e s st ol a r g ea m o u n t so fd a t a ，r e s e a r c hs i m i l a rp r o j e c t s ，a n du s i n gl a r g e s c a l es t r u c t u r a lf i n i t e e l e m e n ta n a l y s i sp r o g r a mc a r r i e do u to nt h es t r u c t u r ea n df o u n d a t i o n ，e s p e c i a l l yt h ei m p a c to f t e m p e r a t u r es t r e s s ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h em a i nf a c t o r yb u i l d i n go fc o n c r e t e d e s i g n o v e r a l is t r u c t u r a ld e s i g nc o m p a r e dw i t ht h ep a r t i n gs t r u c t u r eh a so b v i o u sa d v a n t a g e s ：t h eo v e r a l i s t r u c t u r eo ft h ef o r c ei sr e a s o n a b l e ；t h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h em a i nw o r k s h o pu n i f o r ms e t t l e m e n ti s s m a l l ，t h ep r o j e c tb e n e f i c i a lt ot h eo p e r a t i o na n de q u i p m e n td u r a b i l i t y ；t h ef o u n d a t i o np r e s s u r ei sl o w , n on e e df o rf o u n d a t i o nt r e a t m e n t ；m a i nb u i l d i n ge a r t hp r e s s u r eo nb o t hs i d e so ft h eo v e r a l ls t r u c t u r e o fm u t u a ls e i f - b a l a n c i n g ，t h e r ei sn ol a t e r a ls t a b i l i t yi nt h em a i nw o r k s h o p ，w i t h o u ts p e c i f i ct r e a t m e n t m e a s u r e st or e d u c et h ep r o j e c tc o s t ；r e d u c i n gt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s ，c o n s t r u c t i o nd i f f i c u l t yi s r e d u c e d t h ep r o j e c td e s i g nc a l c u l a t i o n sp r o v i d ev a l u a b l ee x p e r i e n c ef o rt h ef u t u r ed e s i g no fs i m i l a r p r o j e c t s k e yw o r d s ：p u m p i n gs t a t i o n ，o v e r a l ls t r u c t u r e ，d e f o r m a t i o nc r a c k , s t u d y a u t h o r ：g a of e n g d i r e c t e db y ：l ic h u a n q i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：h 势 f 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： l 粤 ik 夕 r 师签名 日期：幽 山东人学硕士学位论文 南水北调二级坝泵站 主厂房混凝土整体结构设计研究 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 研究背景 随着世界经济的高速发展，水资源的战略地位愈来愈重要，水资源的高效利 用和有效管理越来越得到世界各国政府的高度重视。世界各国先后出台了水资源 调度及综合利用、水土保持、按用途优化用水及海水淡化等方针政策，并以此来 解决日益严重的水危机问题。 泵站是解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化当今三大水资源问题的有效工 程措施之一。它们承担着区域性的防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任，主要 用于农田排灌、城市给排水以及跨流域调水等。泵站，作为重要的工程措施，它 在水资源的合理调度和管理中起着不可替代的作用。 南水北调工程是实现我国水资源优化配置的重大基础设施，是解决我国北方 水资源严重短缺问题的特大型基础设施项目，是新世纪划时代的宏伟工程，无论 是调水线路的长度，还是调水规模，都超过了目前世界上已建的调水工程。 南水北调东线工程基本任务是从长江下游调水，向黄淮海平原东部和山东半 岛补充水源，与南水北调中线、西线工程一起，共同解决我国北方地区水资源紧 缺问题。主要供水目标是解决调水线路沿线和山东半岛的城市及工业供水，改善 淮北部分地区的农业供水条件，并在北方需要时，提供农业和部分生态环境用水。 东平湖是东线工程最高点，第一期工程从长江至东平湖设1 3 个调水梯级共3 4 座泵站，其中新建2 1 座泵站。随着这一举世瞩目的工程历史性地由规划阶段转 入实施阶段，我国跨流域远距离调水工程的各项关键技术研究也进入了高速发展 的时代。对东线工程而言，泵站工程建设的好坏决定南水北调东线工程的成败。 泵站的结构安全与耐久性是泵站工程重点研究的课题之一。 山东大学硕士学位论文 1 1 2 研究意义 南水北调工程是举世瞩目的国家级重点工程。二级坝泵站枢纽工程是南水北 调东线工程的第十级抽水梯级泵站，也是山东境内的关键性控制工程。为把泵站 建设成为一流的样板工程，对泵站结构稳定性、安全性、耐久性、经济性进行研 究意义重大，效果显著。 1 2 问题的提出 根据泵站设计规范( g b t5 0 2 6 5 - 9 7 ) 中土基上泵站伸缩缝间距小于3 0 m 的规定，二级坝泵站主厂房结构在初步设计时采用常规的分缝方案：主厂房整体 结构分为二联，左侧三个泵组为一联，右侧二个泵组+ 检修间为一联。 在设计计算过程中，发现主厂房分缝方案存在以下主要问题： 1 结构有一侧临空，为悬臂受力体系。为保证厂房的侧向稳定性，墙后填 土需回填水泥土。 2 应力分析表明，结构应力水平较高，应力集中现象明显，结构有扭转效 应。 3 地基应力超出地基承载力，地基需进行换填水泥土处理。 4 正常运行工况泵站底板最大竖向位移1 3 1 m m ，最小9 2 m m ，沉降差4 1 r a m ， 地基沉降不均匀。 5 主厂房需设置缝墩，增加一榀排架。 6 伸缩缝内需设置止水，施工工序繁琐。 7 已建工程现场调研表明，伸缩缝往往成为渗漏通道，日后给工程维修、 使用造成不便。 已建泵站及其他混凝土结构工程经验表明，施工质量控制不严的工程，即使 伸缩缝间距小于3 0 m ，往往产生有害裂缝；控制措施到位的工程，即使伸缩缝间 距大于3 0 m ，也能控制有害裂缝的产生。在一定范围内，有害裂缝的产生与伸缩 缝间距不存在必然关系。 经过大量计算分析论证，本文提出主厂房混凝土整体结构设计方案，即5 台机组之间不分缝。 2 山东人学硕上学位论文 1 3 国内外研究现状 随着混凝土材料和裂缝控制技术的研究【1 m j ，一批超长、超大混凝土结构陆 续建成，取得了很好的效果。随着人们对混凝土裂缝产生机理认识的加深，混凝 土材料性能和施工管理水平的逐步提高，各类建筑物( 构筑物) 的伸缩缝间距越 来越大，尽量少设缝或不设缝成为混凝土结构的一种发展趋势。各类成功的工程 实例，为泵站主厂房混凝土结构的无缝设计，提供了宝贵的经验。 由于受规范规定的限制n 4 嘞3 ，我国土基上泵站设计基本采用伸缩缝间距小于 3 0 m 的规定，厂房结构采用常规的分缝方案，鲜见整体结构设计的工程实例，更 缺乏系统、全面的设计研究。国外也鲜见泵站主厂房整体结构设计的工程实例报 道。 1 4 研究内容 1 4 1 泵站分缝设计存在的问题 结合实例调研，对泵站分缝结构进行稳定、沉降、应力、地基处理等方面进 行计算，分析泵站分缝设计存在的问题和不足。 1 4 2 泵站整体结构的可行性、安全性及经济性 泵站整体结构设计方案是超规范的设计方案。对泵站整体结构采用有限元程 序进行以下几方面的计算分析： 1 泵站整体结构的稳定计算 2 泵站整体结构沉降计算 3 泵站整体结构荷载应力计算 4 泵站整体结构温度应力计算 1 4 3 泵站整体结构与分缝结构的对比分析 1 技术比较 2 经济比较 经过全面的论证分析，泵站整体结构设计是可行的、安全可靠的，结构的耐 久性得以提高，同时还可以节省大量的工程投资。 3 山东大学硕士学位论文 1 5 研究技术路线 分析分缝结构存在的问题 1 l 探讨整体结构的可行性 土 形成整体结构设计方案 1 l 专家咨询 上 整体结构计算分析 上 成果应用于设计 土 专家评审 4 山东大学硕士学位论文 2 1 工程概况 第二章概述 二级坝泵站枢纽工程是南水北调东线工程的第十级抽水梯级泵站。工程位于 山东省微山县欢城镇境内，南四湖中部二级坝溢流堰西裹头以西2 3 0 m 处的下级 湖内。枢纽纵轴线与二级坝轴线正交。 枢纽工程主要建筑物有泵站主厂房、副厂房、变电所、进水闸、引水渠、出 水渠、导流渠等工程。出水渠穿过二级坝，新建公路桥连接二级坝交通。 枢纽工程主要任务是将水从南四湖下级湖提至上级湖，实现南水北调东线工 程的梯级调水目标。工程设计输水流量为1 2 5 m 3 s ，设计净扬程3 2 1 m ，装机5 台 套后置式灯泡贯流泵( 1 台备用) ，单机流量3 1 5m 3 s ，单机功率1 8 5 0 k w 。多年 平均设计装机利用时间4 3 6 4 小时。 2 2 枢纽布置 2 2 1 站区工程总体布置 根据站区总体布置的要求，泵站主副厂房、进水闸、变电站、管理设施均布 置在防洪平台上，站区防洪平台高程根据防洪水位确定为3 8 o o m 。站区平台总 占地3 1 3 8 亩。 由于站区平台北侧紧靠二级坝，二级坝是连接湖东、湖西的交通要道，公路 交通繁忙，且运煤车辆较多，环境恶劣，为保证泵站枢纽具有良好的生产生活环 境，平台上建筑物布置在平台南侧，平台北侧布置绿化消尘区。根据站区总体规 划，站区以进出水渠为纵向主轴线，进站区主道路同主轴线平行布置在出水渠东 侧。以泵站厂房为横轴线，泵站厂房布置在主轴线上，生活区与生产区分别布置 在泵站厂房以南主轴线两侧。绿化消尘区沿出水渠两侧平台北侧布置。 二级坝泵站中心点位于二级坝以南、距离二级坝轴线3 0 0 m 处，设计桩号 为0 + 0 0 0 ，进水闸位于主厂房以南、距离主厂房1 5 0 m ，设计桩号为0 + 1 5 0 ，泵 站与进水闸之间设进水池、前池。出水渠位于泵站出水侧，桩号0 + 6 9 7 2 - - 0 + 4 2 0 ， 总长3 5 0 2 8 m ，其中二级坝轴线以南即站区平台范围内长2 3 0 2 8 m 、二级坝轴线 以北即上级湖内长1 2 0 m 。 5 m 束大学碗学位论文 下级潮水经引水渠先由进水闸进 泵站前池、进水池，再由泵站提水进入出 水池，经出水渠进入上级湖。出水渠穿二级坝处设公路桥。详见图2 1 二级坝枢 纽平面布置图。 2 2 2 主厂房结黼量 主厂房共安装5 台后置式灯泡贯流泵，机组沿厂房轴线一字形捧列，机组间 距9o m ，室外地面高程为3 8o o m 。泵站采用块基型，共分为四层：地上一层 地下三层。自上而下依次为： 地上厂房层：自标高3 8o o 4 72 0 ，层高92 0 m 。有排架和屋顶大梁组成。 捧架间距为9o m ( 同机组阃距) ，共6 排。跨度为1 86 6 m 。内设3 2 5 电动双粱 桥式起重机一台( 跨度为1 65 0 m ) ，轨顶高程为4 26 0 m 。 地下一层：自标高3 4 o o 3 8o o ，层高4o o m 。开问为9o m 6 ，最西侧开 问为检修间。进深为3 1 2 4 m 。上下游均设钢筋混凝土外墙，墙厚8 0 0 m m 。该层 布置变频器等电器设备。 地下二层：自标高2 9 7 7 3 4o o ，层高42 3 m 。开问为9o m x5 ，进深为3 1 , 2 4 m 。上f 游均设钢筋混凝土外墙墙厚8 0 0 m m 。该层布设油泵、机旁箱等设各。 山东大学硕上学位论文 地下三层：自标高2 1 1 2 - 2 9 7 7 ，层高8 6 5 m 。开间为9 0 mx5 ，加上边墙 后，总长为4 6 8 0 m ，进深为3 1 2 4 m ，由进水流道、泵组段( 泵组段下部为工作 廊道) 、出水流道组成。进水流道、出水流道底板顶高程为2 3 7 7 m ，泵组段底板 顶高程为2 1 1 2 m ，水泵安装高程为2 6 2 2 m 。进水流道由矩形段、矩形变为圆形 的渐变段和圆形收缩段组成。出水流道由后置式灯泡贯流泵泡体、圆形渐变为方 形扩散段组成。主厂房底板厚1 6 0 m ( 局部厚达4 2 0 m ) ，顺水流方向长4 1 8 0 m ， 垂直于水流方向长4 6 8 m 。 在进水流道前设检修门一道，出水流道后设有作为泵站出口断流的油压启闭 机控制的快速闸门、作为保护的备用事故检修门。 泵站主厂房结构详见图2 2 泵站横剖面图和图2 3 泵站底板平面图。 2 3 工程等别及建筑物级别 根据二级坝可行性研究报告( 修订稿) 和水利部水利水电规划设计总院 审查意见，确定二级坝泵站一期工程规模为大( 1 ) 型，泵站等别为i 等，主要 建筑物包括泵站、前池、进水池、出水池、进水闸及闸前引水渠渐变段、出水渠 为1 级，次要建筑物为3 级，临时性建筑物为4 级。 2 4 水文气象 二级坝泵站枢纽工程范围位于山东省南四湖区，属暖温带半湿润季风型大陆 性气候，四季分明，光照充足。多年平均降雨量为7 9 1 7 1 m m 。年最大降雨量 1 2 1 l m m ，年最小降雨量5 5 4 5 m m 。由于本地区位于南北气候的过渡带，降雨极 不稳定，经常出现时旱时涝现象。年内降雨8 0 以上集中在汛期6 - 9 月。 根据多年气象资料统计，该区多年平均气温1 3 7 。七月份最热，月平均气 温2 7 3 ，月平均最高气温3 1 7 ，极值4 0 5 。一月份最冷，月平均气温一1 9 ，月平均最低气温一6 5 ，极值- - 2 2 3 。风向除冬季多北风和西北风外，全 年以东南风为主。根据微山县气象站实测统计资料分析，汛期多年平均最大风速 为1 3 2 6 m s ，实测最大风速1 9 o m s 。最大冻土深度3 l c m ，无霜期年均2 0 5 天。 7 o o 匝阻磊辎橱垛n式匝 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 耋 i凰阶n i 喜 l 雹 i l d 毫 1 驻i 童 l 驸蓦 。 鬟g 卅 。 ik 咖- d 0 董 彗 蔓 n 甬，、 1进 墨 - _ i 、 蓦 - l l 冰 曲 。 芦 、摹 、工簟量 蕊 毫 羊f 。 写 蚤 萎茸 扯! 一 鋈 鸯 囊lf - l iq i 一、j e 一r 、一p 唇 pl p l 。 一 心嗣 鋈 心 f 遍 c e i心n 弋寻n q n 话x 心 叠一 蓦酿 i涌 k_ 闲 一 d ij叫 醑i 蓁 一l 墨 量 i豢； i _ 惑 量 飞飞呻1 _ 霄1 i 呼 i _ 粼 产 il ， e j 塾哩 测人 斤 _ f 霞l 、 蓁 耋 u ，。一 i ! _ 悼 一 j 孙：献。斟 i o 山东大学硕士学位论文 过浏1 4 仃if 觞】矗州眵翰f 覆7 7 1 彭翰12 3 7 7 1 彭i 矗7 7 j 勿嚣 矗 浏黝蚴励黝澎 墨 、一m j 一一 b r l 一 i 一一 1 3 1 一 r v j l 。一 鹁重三囱三i 三圉三一三窗重ii 要三匿 i i l 2 置 曩 _ 。一 i 墨 蓁 1 一i 荔 憾川 霪 氲竹 羽旧川蹈j 引7 鬈 毫 卜_ 一 羹蓁蓁 搦 鬓 量 ai 暑 荔囊 蓁 晤葡 囹 i ! 量 曼 薹 _ _ _口 口 ： 毫 丽 荔 囹= 荔 口口 震 _口 口 i 口口 口 匮 瞳 匿 打 匿 o - _ 叵雪 _ 口- l 卫_ 雌i一i m - l 田 囊 一 同 阿 6 。 _ _ 嚯 - 匠 _r r 。一 口 口口 毫 _ i b 宴 o - 圈 广彩 一日 r 一； 锅觯囹ai 孕 2 上譬纠口口山雪丑 尉 盂 且 b 麟囹荔 _ 、 荔 雾塑l 笋 章 删画识- 嘴囵 上j 到口口憧圆上e 剖口口也囡豇删口 黍 膨 囹一蓁彩 圆叵画凰 彩 3 号机组4 号机组 塞 盈【 纪 组蓁丌j 钐机组耄 l 箍7 7l 盈7 t l 翻 毫 l 鋈 f 隧 j 氩。i 圉墨。囝1 4 。j圉l a 。1弱 ； i 【l i 【 啊l偶 一一船一 _ 一 啊喇黯“ 瞳d 一 m 一一 l _ 一 _ 2 5 工程地质 图2 3 泵站底板平面图 2 5 1 站区地质构造 场区主要分布第四系地层，以全新统冲积堆积的裂隙粘土、粘土、中粗砂、 壤土和上更新统冲积洪积堆积的壤土、粘土夹姜石及中粗砂、中细砂为主。其中， 中粗砂、中细砂均呈透镜体状分布。 据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 - 2 0 0 1 ) ，二级坝泵站枢纽地震动反应 谱特征周期为0 4 0 s ，地震动峰值加速度为0 1 0 9 ，相应地震设防烈度为七度。 9 山东大学硕士学位论文 2 5 2 水文地质 场区地下水类型主要为第四系松散层孔隙裂隙潜水和承压水。第四系松散 层孔隙裂隙潜水，主要赋存于上部裂隙粘土、粘土中；第四系松散层孔隙承压 水，主要赋存于层中粗砂和1 层中粗砂中。据水质分析成果，地下水不含侵 蚀性c 0 2 ，对混凝土无腐蚀性。上部潜水埋深0 2 0 - 1 5 0 m ，高程3 2 6 0 m 左右， 主要以大气降水和湖水为主要补给来源，以蒸发和人工取水为主要排泄途径。其 渗透系数建议值：裂隙粘土2 1 8 0 m d ，、粘土3 0 0 m d ，层壤土0 6 2 m d ， 层壤土夹姜石3 9 8m d ，层粘土2 3 3m d 。场区地下水水位年变幅3 一- 6 m ， 不含侵蚀性c 0 2 ，对混凝土无腐蚀性。 2 5 3 主副厂房工程地质 勘察深度内揭露地层分布如下： 层素填土( q r ) ：棕褐色、灰褐色，可塑，以粘土为主，网状裂隙发育， 裂隙间充填浅灰色粉粒，底部夹软塑状壤土薄层，粉粒含量高。该层为鱼池开挖 的弃土，分布在场区表层。层厚1 0 0 - 2 6 0 m ，层底高程3 1 2 5 - - - 3 2 4 2 m 。 层裂隙粘土( m 副) ：棕褐色，黄褐色，可塑，局部软塑，裂隙呈网状发育， 裂隙充填浅灰色粉粒，下部褐黄色。该层分布于整个场区，层厚0 5 0 - 2 o o m ， 层底高程3 0 1 5 3 0 8 1 m 。 层粘土( 吖) ：灰黑色，灰褐色，可塑硬塑，发育孔隙，含腐殖质。该 层分布于整个场区，层厚0 7 0 - - 1 8 0 m ，层底高程2 8 9 6 - - - 2 9 8 8 m 。 层粘土( 瓯引) ：褐黄色，局部夹浅灰色条纹，硬塑，稍有闭合裂隙发育， 含少许小径钙质结核。在该层底部p 1 钻孔中揭露轻壤土透镜体，粉粒含量较高。 该层分布于整个场区，层厚1 0 0 - 1 9 0 m ，层底高程2 7 5 5 - 2 8 8 1 m 。 层中粗砂( 瓯。) ：黄褐色，松散，饱和，砂质较纯，主要矿物成分长石、 石英。该层主要在主厂房钻孔揭露，层厚0 2 0 - 0 7 0 m ，层底高程2 6 9 6 - - 2 8 1 2 m 。 层壤土( q 3 3 + p ) ：褐黄色、黄褐色，硬塑，局部可塑状，土质不均，上部 粘粒含量高，相变为粘土，下部粉粒含量高，发育孔隙，孔隙分布不均匀。该层 分布于整个场区，层厚3 6 0 4 5 0 m ，层底高程2 2 6 6 - - 2 3 6 2 m 。在p 4 、p 6 钻孔 揭露中粗砂透镜体，穿插在层壤土的中部，褐黄色，松散，砂质较纯。 层壤土夹姜石( q 3 a l + p 1 ) ：褐黄色夹兰灰色条纹，硬塑，夹姜石，姜石直径 山东火学硕士学位论文 0 5 , - - , 3 o c m ，含量1 5 - 2 5 左右，呈层状分布。该层分布于整个场区，层厚1 0 0 - - - 2 1 0 m ，层底高程2 1 2 6 - - 2 2 1 8 m 。 层粘土夹姜石( q 3 3 m p ) ：褐黄色，棕黄色，浅棕红色，局部夹兰灰色条纹， 硬塑，含铁锰结核及姜石，姜石直径0 5 5 o c m ，含量1 0 - 2 0 左右，局部夹白 色粗砂粒。该层发育裂隙、孔隙，裂隙面光滑，充填蓝灰色粉土及钙质，渗水现 象明显，裂隙、孔隙在纵横向的分布、发育程度无规律。该层分布于整个场区， 中间穿插中粗砂薄层，揭示层厚1 5 7 0 , - - , 1 9 4 0 m ，揭示层底高程1 5 5 , - , 一3 8 6 m 。 1 层中粗砂( 0 3 3 + p 。) ：褐黄色，松散，饱和，砂质较纯，级配良好，含少 许小径砾石。该层分布于层粘土夹姜石中上部，层厚0 3 0 0 5 0 m ，层底高程 1 6 5 1 1 9 5 8 m 。 2 层中粗砂( 0 3 a l + p 1 ) ：褐黄色、灰白色，中密，饱和，粘粒含量较高，局 部粘土质半胶结状，含少许小径砾石。该层多以透镜体穿插在层粘土夹姜石中， 层厚0 8 0 , - , 1 2 0 m ，层底高程9 0 6 - 1 0 1 6 m 。 3 层中粗砂( q 3 3 l + p 。) ：褐黄色，中密，饱和，粘粒含量较高，局部粘土质 半胶结状，含少许小径砾石。该层多以透镜体穿插在层粘土夹姜石中，层厚 0 3 0 , - - , 0 8 0 m ，层底高程6 7 6 , - - - , 8 4 6 m 。 层粘土( 0 , 2 a l + p 1 ) ：灰白色，兰灰色，局部棕黄，棕红色，硬塑，粘性很强。 裂隙较发育，张开度0 5 5 0 m m ，充填粉土及钙质，局部呈蒜瓣状，含少量姜 石和少量铁锰质结核、粗砂粒。该层仅在控制性钻孔中揭露，层厚1 0 4 m ，层底 高程8 8 5 m 。 层中粗砂( 0 2 a l + p 1 ) ：浅棕红色，密实，呈粘土质胶结柱状，有铁质浸染现 象。该层仅在控制性钻孔中揭露，层厚1 1 0 m ，层底高程9 9 5 m 。 层粘土( q 2 3 i + p ) ：棕黄色，棕红色，坚硬状态，粘性很强。局部呈蒜瓣 状，裂隙发育，含大量铁锰质结核，底部含少量大块姜石。该层在勘探深度内未 揭穿。该层中部夹0 5 0m 厚的中粗砂薄层，浅棕红色，密实，粘土质胶结状， 层底高程1 9 4 5 m 。 主副厂房工程地质详见图2 - 4 地质剖面图。主、副厂房地基土的主要物理力 学性质指标见表2 1 。 山东大学硕士学位论文 表2 - 1 主、副厂房地基土的主要物理力学性质指标一览表 天然状态物理性质指标 古l 结试验 分地 土液塑塑液 压 压 数值 含湿干饱孔 层层水 粒 性 性 性性 缩缩 比 密 密和隙 编岩 量 度度度 比 限 限 指指系 模 重度 度 数数数量 类别 号性 w g s pp d s r ew l w p i p i l 8 1 2 e g ，c m 3 m p a 1m p a 壤 试验组数999999999999 土平均值2 2 22 7 32 0 21 硒9 3 00 6 4 6 3 5 8 2 1 01 4 8 0 0 9 0 2 8 1s 7 夹 大值平均值 2 4 o2 7 32 1 6 99 6 00 6 9 13 8 52 1 81 6 50 2 20 3 1 46 4 姜 小值平均值 2 0 72 7 22 0 01 6 18 9 40 6 1 03 3 61 9 41 3 40 0 10 2 4 74 8 石 建议值 2 2 22 7 32 0 21 6 69 3 0o 的13 5 82 1 01 4 8o 趁o - 3 1 44 8 粘试验组数 5 05 05 05 05 05 05 05 05 05 05 05 0 土 平均值 2 2 12 7 51 鸲1 6 38 8 50 6 9 04 4 92 4 62 0 40 1 20 2 3 47 7 夹 大值平均值 2 s o2 7 s2 1 6 99 2 3o 7 晒4 9 o2 6 12 2 6o 恐o 2 1 0 2 姜 小值平均值 1 9 92 7 41 9 41 s 68 3 9o 6 3 14 1 22 3 11 7 7o 0 10 1 7 16 1 石 建议值2 2 12 7 51 1 6 38 8 5 0 7 6 54 4 92 4 62 0 40 2 20 2 9 0 6 1 试验组数333333333333 粘 平均值2 4 32 7 62 0 11 6 l9 4 30 7 4 7 1 2 5 32 1 80 0 70 2 0 78 4 土 建议值 ：p 4 32 7 62 o l 1 6 l9 4 3 0 7 7 9 4 7 1 2 5 32 1 8o 1 0o 器77 7 山东大学硕士学位论文 第三章泵站整体结构设计方案的可行性研究 由于受规范土基上泵站伸缩缝间距小于3 0 m 规定的限制，我国泵站设计基 本采用常规的分缝方案，鲜见整体结构设计的工程实例，更缺乏系统、全面的设 计研究。 随着混凝土材料和裂缝控制技术的研究，一批超长、超大混凝土结构陆续建 成，取得了很好的效果。随着人们对混凝土裂缝产生机理认识的加深，混凝土材 料性能和施工管理水平的逐步提高，各类建筑物( 构筑物) 的伸缩缝间距越来越 大，尽量少设缝或不设缝成为混凝土结构的一种发展趋势。各类成功的工程实例， 为泵站主厂房混凝土结构的无缝设计，提供了宝贵的经验。 通过分析研究我国现行相关规范对伸缩缝间距的有关规定，并参照现有的工 程实例，论证泵站混凝土整体结构设计方案的可行性。 3 1 伸缩缝间距的规范规定 混凝土温度裂缝绝大部分是由于混凝土水化热引起的温度应力及收缩作用 超过了混凝土的抗拉强度，或更确切地从变形角度出发则认为温度及收缩变化而 引起的约束拉应变超过了混凝土的极限拉伸值。我国现行规范对伸缩缝最大间距 做出了具体规定。 3 1 1 ( s l t1 9 1 _ 9 6 ) 9 1 3 伸缩缝的间距可根据当地的气候条件、结构型式、施工程序、温度控 制措施和地基特性等情况按照表9 1 3 ( 注：规范中编号，下同) 采用。经温度 作用计算、沉降计算或采用其它可靠技术措施后，伸缩缝间距可不受表9 1 3 的 限制。 1 4 山东大学硕上学位论文 表9 1 3混凝土结构伸缩缝最大间距( m ) 室内或地下露天 结构类别 岩基软基岩基软基 素混凝土结构 现浇式( 未配构造钢筋) 1 52 01 01 5 现浇式( 配构造钢筋) 2 03 01 52 0 装配式 3 04 02 03 0 钢筋混凝土结构 框架结构( 现浇式) 4 55 53 03 5 ( 装配式) 6 07 54 55 0 排架结构( 装配式) 1 0 01 0 07 07 0 墙式结构( 现浇式) 2 03 01 52 0 ( 装配式) 3 04 02 03 0 水闸底板 2 03 0 地下涵管、压力水管、倒虹吸管 2 02 51 52 0 渡槽槽身、架空管道 2 52 5 注：在老混凝土上浇注的结构，伸缩缝间距可取与岩基上的结构相同； 位于气候干燥区或高温多雨地区的结构、混凝土收缩较大或施工期外露时间较长的 结构，宜适当减小伸缩缝间距： 表中墙式结构系指挡土墙、厂房实体边墙一类结构。室内或地下现浇墙式结构，当 施工期有良好工艺和保温养护措施时，伸缩缝最大间距可适当增加。 3 1 2 泵站设计规范) ( g 阶5 0 2 6 5 - 9 7 ) 6 1 1 7 主泵房顺水流向的永久变形缝( 包括沉降缝、伸缩缝) 的设置，应根 据泵站结构型式、地基条件等因素确定。土基上的缝距不宜大于3 0 m ，岩基上的 缝距不宜大于2 0 m 。缝的宽度不宜小于2 0 m m 。本规范条文说明给出了我国部分 泵站永久缝间距统计表，见表2 。 1 5 山东大学硕士学位论文 表2 我国部分泵站永久缝间距统计表 泵站泵站型式或 地基土质泵房底板永久缝间距 底板块数 序号泵站基础型式 ( 岩性)长度( m )( m ) l 砂 2 7 69 2 3 2 湿室型 粉砂 5 9 21 4 8 4 3 轻亚粘土 3 1 41 5 72 43 9 91 9 9 52 s 中砂 4 2 5 1 2 2 ，1 4 7 ，1 5 6 3 6 粉砂与亚粘土 5 7 0 1 4 6 ，2 1 2 3 7 中粉质粘土 5 8 4 1 4 6 ，2 9 2 3 8 淤泥 1 5 81 9 粉质粘土 3 2 81 6 42 1 0 细砂 3 6 01 8 02 1 1 亚粘土 1 9 51 1 2 板岩 2 0 31 1 3 细砂 4 1 62 0 82 1 4 淤泥质粘土 4 4 02 2 02 1 5块基型淤泥质枯土 2 3 01 1 6 粘土 4 7 9 82 3 9 92 1 7 粉质壤土 4 9 42 3 7 ，2 5 72 1 8 粉质壤土 2 4 01 1 9 4 8 62 4 32 2 0 轻亚粘土夹细砂 2 4 91 2 1 粉质粘土 2 6 0 1 2 2 轻粉质砂壤土 2 6 61 2 3 亚粘土 3 4 0 1 2 4 轻亚粘土 4 6 01 2 5风化砂岩与页岩 5 3 5 81 3 1 3 ( s l 2 6 6 - 2 1 ) 4 5 2 机组段永久变形缝的间距，主要取决于地基特性、机组容量大小、结 构形式、气候条件等情况，宜为2 0 “3 0 m ，经论证后可放宽到4 0 “5 0 m 。 条文说明： 机组段分缝间距主要是根据机组中心间距而定，可以采用一机一缝或是二机 一缝。鉴于国内已有二机一缝的电站( 如西津电站) ，其间距己达4 8 m ；有的大 型电站，一个机组段就超过3 0 m ( 如葛洲坝二江电站，大机组间距4 0 2 m ，小机 组间距为3 5 3 m ) ，因此，本规范提出可放宽到4 0 ”5 0 m 。 3 1 4 钢筋混凝土结构设计规范 ( g b 5 1 0 _ 2 2 ) 1 6 山东大学硕l 学位论文 9 1 1 钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距宜符合表9 1 1 的规定。 表9 1 1钢筋混凝土结构伸缩缝