王紅玲（天津市華淼給排水研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300190）

南水北調(diào)某配套工程泵站調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定分析

王紅玲
（天津市華淼給排水研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300190）

針對(duì)西河原水泵站調(diào)節(jié)池處的水文地質(zhì)條件，采用有限元分析滲流場(chǎng)的計(jì)算原理，準(zhǔn)確解決了復(fù)雜邊界、多種介質(zhì)的滲流問(wèn)題；探討了池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滲透穩(wěn)定、滲漏損失等問(wèn)題，合理優(yōu)選了池體結(jié)構(gòu)，達(dá)到了節(jié)約工程投資的目的。

滲流穩(wěn)定；滲漏損失；有限元；調(diào)節(jié)池

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.114

1 引言

國(guó)家南水北調(diào)天津市內(nèi)配套工程規(guī)劃中，需要在天津市區(qū)建一座規(guī)模為225萬(wàn)t/d的原水樞紐泵站，其功能是向市內(nèi)3個(gè)大水廠輸送源水。根據(jù)天津市華淼給排水研究設(shè)計(jì)院有限公司的《天津市南水北調(diào)市內(nèi)配套工程西河原水樞紐泵站工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，泵站工程包括進(jìn)口閘、調(diào)節(jié)池、進(jìn)水泵房、加藥加氯設(shè)施，建設(shè)地點(diǎn)在天津市,工程總用地面積為1.22× 105m2。其中調(diào)節(jié)池東西長(zhǎng)350m，南北長(zhǎng)220m，有效水深7.77m，調(diào)節(jié)池有效容積46.35萬(wàn)m3。

本文結(jié)合池址處水文地質(zhì)條件，采用《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 379—2007）及河海大學(xué)《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)》(Auto月ANK v5.6)，探討池體結(jié)構(gòu)的滲透穩(wěn)定、調(diào)節(jié)池滲漏損失等問(wèn)題，優(yōu)選池體結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)約工程投資的目的。

2 調(diào)節(jié)池整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于調(diào)節(jié)池東西長(zhǎng)350m，南北長(zhǎng)220m，池內(nèi)水深高出室外地坪最高2.65m，低于室外地坪最低7.7m。該工程又坐落在市區(qū)，為減少用地，調(diào)節(jié)池池壁采用了自防水鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)。但針對(duì)擋土墻的抗傾覆、抗滑移的穩(wěn)定性及地基的整體穩(wěn)定性情況，地基處理采用了混凝土灌注樁基礎(chǔ)。擋土墻設(shè)計(jì)墻厚600mm，基礎(chǔ)底板厚800mm，扶壁板間距5800mm，板厚600mm。

對(duì)于調(diào)節(jié)池池體內(nèi)外水位的差異壓力宜造成池內(nèi)水滲流到場(chǎng)區(qū)形成沼澤、場(chǎng)區(qū)地下水滲流到池內(nèi)污染水源的問(wèn)題，擋土墻基底的滲流穩(wěn)定設(shè)計(jì)設(shè)置了池底周邊水平防滲段，防滲段長(zhǎng)20m，采用混凝土板和防滲毯雙層防滲結(jié)構(gòu)。池底中部結(jié)構(gòu)采用素混凝土板透水底板防護(hù)，以滿足調(diào)節(jié)池的抗浮及方便清淤等維護(hù)。

2.1 扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

池體為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，按20m間距設(shè)置伸縮縫，底板頂標(biāo)高-3.5m，壁板頂標(biāo)高7.4m，池內(nèi)正常高水位為4.27m，池外廠區(qū)地坪為標(biāo)高4.2m，廠區(qū)最高水位為2.8m。

考慮池內(nèi)無(wú)水（完成情況、清淤檢修情況），池外地下水位2.8m工況為結(jié)構(gòu)不利工況，按池體的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。

扶壁式擋土墻計(jì)算過(guò)程按20m間距設(shè)置伸縮縫，5.8m為一個(gè)扶壁的計(jì)算單元格，其中包括扶壁式擋土墻的荷載計(jì)算、基底應(yīng)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算及穩(wěn)定計(jì)算。本工程的擋土墻級(jí)別為Ⅰ，其抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K0≥1.6；抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Kc≥1.35。

2.2 池體滲流穩(wěn)定計(jì)算

為解決池體內(nèi)外水位的差異壓力宜造成池內(nèi)水滲流到場(chǎng)區(qū)形成沼澤、場(chǎng)區(qū)地下水滲流到池內(nèi)污染水源的問(wèn)題，擋土墻基底的滲流穩(wěn)定設(shè)計(jì)采用水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)、水文地質(zhì)、水位變化進(jìn)行了驗(yàn)算。

2.2.1 水文地質(zhì)條件

根據(jù)天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院的《天津市南水北調(diào)市內(nèi)配套工程西河原水樞紐泵站工程巖土工程勘察報(bào)告》，調(diào)節(jié)池?fù)鯄^長(zhǎng)，建在不同土層上，且同一土層性質(zhì)也不均勻，調(diào)節(jié)池?fù)鯄A(chǔ)主要坐落于Qm粉質(zhì)黏土④1、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土④3和粉土④2層上，土體以中等壓縮為主，局部為高壓縮土體。各層地基土的滲透性指標(biāo)如表1所示。

表1 調(diào)節(jié)池地基土層滲透系數(shù)

為判定環(huán)境水的腐蝕性，共采取了地下水水樣4組，地表水水樣1組，做水質(zhì)簡(jiǎn)分析試驗(yàn)，地下水化學(xué)類型為氯硫酸鈉鉀鎂型水、氯硫酸鈉鉀鈣型水、重碳酸氯硫酸鈉鉀鈣鎂型水、重碳酸氯鈣鈉鉀鎂型水和重碳酸硫酸鈣鈉鉀鎂型水。

2.2.2 模型建立

考慮池址處地形、水文地質(zhì)條件、地層土質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻性等因素，選取橫向、縱向?yàn)榈湫推拭妫畟?cè)向池內(nèi)延伸至池中心線，背水側(cè)向外延伸100m，深度計(jì)算至池底微透水黏土層，池底以下18m。對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,為更好地模擬調(diào)節(jié)池水的滲流場(chǎng)的分布規(guī)律，對(duì)扶壁式擋土墻和池底周邊水平防滲段區(qū)域采用較密網(wǎng)格。

2.2.3 計(jì)算工況

依據(jù)調(diào)節(jié)池控制運(yùn)行條件，擬定模擬計(jì)算工況，如表2所示。

表2 調(diào)節(jié)池模擬計(jì)算工況

2.2.4 調(diào)節(jié)池滲流穩(wěn)定分析

調(diào)節(jié)池正常運(yùn)行時(shí)，池內(nèi)水位高于地下水位，經(jīng)計(jì)算池周邊地下水位不會(huì)因池內(nèi)蓄水導(dǎo)致周邊地下水位逸出，故調(diào)節(jié)池周邊土體不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。

當(dāng)調(diào)節(jié)池發(fā)生事故停水或檢修時(shí)，池水排干，而地下水位處于高水位狀態(tài)，池壁基礎(chǔ)會(huì)受到地下水位的作用，存在返向滲透穩(wěn)定問(wèn)題，模擬計(jì)算成果列于表3。

表3 池壁在地下水位作用下滲透穩(wěn)定計(jì)算成果

調(diào)節(jié)池修建在粉質(zhì)黏土地層上，允許滲透坡降為0.6，計(jì)算表明池底出逸點(diǎn)處不滿足土體滲透穩(wěn)定要求。為保障出逸點(diǎn)（池底）的滲透穩(wěn)定，采用池底鋪設(shè)300g/m2的土工布，200mm厚的粗砂層和300mm厚現(xiàn)澆混凝土塊進(jìn)行防護(hù)，根據(jù)文獻(xiàn)[1]土體允許滲透坡降值可增大30%，達(dá)到0.78，池體的滲透穩(wěn)定滿足要求。

2.2.5 調(diào)節(jié)池蓄水后引起周邊地下水位的變動(dòng)情況

調(diào)節(jié)池正常運(yùn)行后，由于池內(nèi)水長(zhǎng)期保持在較高的水位狀態(tài)，會(huì)引起周邊地下水位的抬高，經(jīng)計(jì)算地下水位抬升結(jié)果列于表4。

Structure Stability Analysis of Pump Station Regulation Pool in a Support Project of South–North Water Transfer

WANG Hong-ling
(Tianjin Hua Miao Research&Design Institute of Water and Waste Water Co.Ltd.,Tianjin 300190,China)

This paper analysis the hydrogeological condition of regulating reservoir in Xiheyuan river water pumping station, then using finiteelement analysis of seepage field calculation principle, solves the seepage problem with complex boundary and variety media ,discusses problemsof regulating reservoir structure design, seepage stability , seepage loss and so on, choosing a reasonable regulating reservoir structure, in order tosave the project investment.

seepagestability；seepageloss；finite element；regulating reservoir

TV311

B

1007-9467（2016）12-0030-03

王紅玲（1966～），女，河北河間人，高級(jí)工程師，從事水利工程及市政工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。