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泵站厂房设计大纲范本

FCD35110 FCD

水利水电工程初步设计阶段

泵站厂房设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1999年10月

工程初步设计阶段

泵站厂房设计大纲

主编单位:

主编单位总工程师:

参编单位:

主要编写人员:

软件开发单位:

软件编写人员:

勘测设计研究院

年月

1 引言…………………………………………………………………………………………（4）

2 设计依据文件和规范………………………………………………………………………（4）

3 设计基本资料………………………………………………………………………………（4）

4 泵型选择……………………………………………………………………………………（6）

5 站址选择……………………………………………………………………………………（7）

6泵站枢纽总体布置………………………………………………………………………（7）

7 泵站厂房设计………………………………………………………………………………（8）8 观测设计……………………………………………………………………………………（17）

9 技术专题研究………………………………………………………………………………（17）

10 工程量计算………………………………………………………………………………（17）

11 设计成果…………………………………………………………………………………（17）

1 引言

1.1 工程概况

_____泵站工程位于_____省_____县境内的_____河上，是一座_____泵站。

灌溉面积_____万亩，排涝面积_____km2，城市供水定额_____万m3/d。

泵站设计流量_____m3/s，设计扬程_____m，总装机容量_____kW。

本泵站工程可行性研究报告于_____年_____月，经_____审查通过。

提示：

简述上级对本泵站工程可行性研究报告审查的结论性意见。

1.2 对设计的要求

提示：

简述本泵站工程初步设计任务书内容；业主对泵站设计的要求；设计进度的安排等。

2 设计依据文件和规范

2.1 有关本泵站工程文件

（1）_____泵站可行性研究报告；

（2）_____泵站可行性研究报告的审查批复；

（3）_____泵站初步设计任务书；

（4）_____泵站技术专题研究报告；

（5）_____模型试验报告；

（6）与水泵厂家签订的技术协议书。

2.2 应遵循的设计规范

（1）DL5021－93 水利水电工程初步设计报告编制规程；

（2）GB50201－94 防洪标准；

（3）SDJ217—87（或SDJ12—78）水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（___部分）；

（4）GB/T50265－87 泵站设计规范；

（5）SDJ20－78 水利部规定,在目前阶段,本规范仍然有效

水工钢筋混凝土结构设计规范；

（6）DL5073-1997 水工建筑物抗震设计规范；

（8）SDJ278－90 水利水电工程设计防火规范；

（9）DL5077-1997 水工建筑物荷载设计规范；

（10）（88）水规设字第8号水利水电工程设计工程量计算规定（试行）。

3 设计基本资料

3.1 工程等别与建筑物级别

本泵站工程按照《水利水电枢纽工程等级划分和设计标准》（_____部分）SDJ_____，列为_____等，泵站厂房等主要建筑物为_____级。

3.2 地震烈度

本泵站工程位于_____地区，经_____鉴定，站址地震基本烈度为_____度。

根据本泵站工程的级别和重要性，设防地震烈度为_____度。

注：

地震基本烈度与设防烈度系指以50年期限内，可能遇到超越概率为10％的烈度值。

3.3 气象

3.3.1 气温

（1）多年平均气温_____℃；

（2）绝对最高气温_____℃；

（3）绝对最低气温_____℃；

（4）最低月平均气温_____℃；

（5）最高月平均气温_____℃；

（6）多年月平均气温，见表1。

表1 多年月平均气温表单位：

℃

月份

年

平均气温

3.3.2 风

多年平均最大风速_____m/s，实测最大风速_____m/s，设计基本风压_____ kN/m2。

提示：

当无实测风速资料时，可参照GBJ9-87采用。

吹程_____m。

3.3.3 冰、雪

（1）设计基本雪压_____kN/m2；

（2）最大冻土深度_____m；

（3）封冻月份：

_____月，融冻月份：

_____月。

3.4 地形

测绘场区1/500地形图。

3.5 地质

（1）工程地质与水文地质勘探报告；

（2）地质纵、横剖面图；

（3）岩土物理力学指标。

1）粘性土

表2 土的物理力学指标

土层高程m

含水量

ω,%

干重度

γ,kN/m3

孔隙比

塑性指数Ip

液性指数IL

压缩模量

Es，MPa

渗透系数K，cm/s

抗剪强度

C,kPa

φ（°）

2）砂性土

表3 砂性土的物理力学指标

土层

高程

含水量ω,%

干重度

γ,

kN/m3

颗粒分析（粒径以mm计）

压缩模量

Es，MPa

渗透系数

K，cm/s

内摩擦角

φ，（°）

2～0.5

0.5～

0.25

0.25～

0.1

0.1～

0.05

<0.05

3）岩基

表4 岩石的物理力学指标

部位

岩

性

度重

γ,kN/m3

抗压强度

MPa

弹模

E,MPa

泊松比

软化系数

建基面抗滑

岩体内部抗滑

C′,kPa

f′

φ.（°）

C′,kPa

注：

粘性土和砂性土的抗剪强度指标应根据工程的施工和运行条件，注明试验方法；岩基指标值的确定应根据建筑物所在部位的岩性，并考虑运行环境条件变化可能发生的影响。

3.6 泵站工程设计标准

（1）本泵站防洪标准根据GB/T 50265—97第3.1.1条的规定，对于_____级水工建筑物，防洪标准（洪水重现期）为_____a。

提示：

当泵站修建在江河、湖泊堤坝上，其防洪标准不得低于当地堤坝的防洪标准。

（2）泵站排水设计标准为设计暴雨重现期_____a。

（3）灌溉设计标准，灌溉设计保证率为_____%。

3.7 泵站设计参数

（1）灌溉（排涝）设计流量_____m3/s。

（2）特征水位，见表5。

表5 泵站特征水位单位：

位置

设计水位

平均水位

最低运行水位

最高运行水位

防洪水位

进水池

出水池

（3）特征扬程:

设计扬程＝_____m（出水池设计水位_____m－进水池设计水位_____m）；

平均扬程＝_____m（出水池平均水位_____m－进水池平均水位_____m）；

最高扬程＝_____m（出水池最高水位_____m－进水池最低水位_____m）；

最低扬程＝_____m（出水池最低水位_____m－进水池最高水位_____m）。

4 泵型选择

提示：

（1）泵型选择应由水机和水工两个专业设计人员相互配合，根据泵站的各种特征扬程和设计流量，并结合泵房结构型式，综合进行方案的技术经济比较确定。

（2）所选泵型：

在平均扬程时，应在高效区运行；在设计扬程时，水泵出水量应达到设计流量；在最高、最低扬程时，水泵能安全运行，不汽蚀，不发生有害振动。

（3）机组台数以4～6台为宜，不宜少于两台。

（4）当机组利用小时数较高，可根据泵站机组台数，增设1～2台备用机组。

5 站址选择

提示：

（1）泵站站址应根据流域治理或城镇建设的总体规划，泵站规模、运行特点和综合利用要求，考虑地形、地质、水源、电源、枢纽布置、对外交通、占地、拆迁、施工、工程管理等因素以及扩建的可能性，经技术经济比较选定。

（2）站址宜选择在地形开阔，岸坡适宜，有利于工程布置的地点。

站基岩土要坚实，抗渗性能良好，避开活动性断裂构造以及其他不良地段。

（3）以河流为水源的灌溉泵站站址，应选择在能够控制整个灌区的位置上，取水口应在主流及岸坡稳定的河段。

位于河道弯段时，应在凹岸顶点偏下游处，有利于防止泥沙淤积。

（4）以水库为水源的灌溉泵站站址，应根据灌区与水库的相对位置和水库水位变化情况，论证取水在技术上的可靠性和经济上的合理性，选择在岸坡稳定，靠近灌区，取水方便的地点。

（5）排水泵站站址，应选择在排水区下游地势低洼，能汇聚整个排水区来水，且靠近承泄区的地点。

（6）灌排结合的泵站站址，应有利于外水内引和内水外排，并兼顾灌排系统的合理布置等。

（7）供水泵站站址，应选择在城镇、工矿区的上游，水源可靠，水质良好，取水方便的河段。

6 泵站枢纽总体布置

6.1枢纽总体布置的一般要求

提示：

（1）泵站枢纽包括引渠、前池、进水池、泵站厂房、出水池、变电站等。

其布置形式可根据泵站功能，结合地形、地质、水流条件以及与枢纽其他建筑物的相互关系，综合进行方案的技术经济比较确定，尽量做到布置紧凑，运行管理方便，改善环境，美观协调。

（2）泵站枢纽总体布置方式一般有堤坝式和堤后式。

对于提水流量较大的泵站枢纽，宜采用堤坝式布置。

灌排结合的泵站枢纽，可采用一站四闸方式布置，也可根据情况采用闸站结合的双向流道或压力水箱加控制段的方式布置。

（3）具有泄洪要求的泵站枢纽，泵站与泄洪建筑物之间应有分隔设施。

（4）具有通航要求的泵站枢纽，船闸宜布置在靠岸的一侧，泵房与通航建筑物之间应有足够的安全距离，以确保泵站运行时能安全通航。

（5）从多泥沙河流取水的泵站，应布置拦沙、冲沙或清淤措施。

（6）山丘区泵站应具有防山洪的措施。

当泵站靠山坡时，应防止局部山坡滑坡和滚石，确保安全。

6.2 引渠布置

引渠线路应根据选定的取水口及泵房位置，结合地形、地质条件，经技术经济比较选定。

渠线尽可能顺直，如需设置弯道时，弯道半径不宜小于渠道水面宽的5倍；弯道终点与前池之间宜有直线段，其长度不宜小于渠道水面宽的10倍。

6.3 前池、进水池

（1）前池布置应满足水流顺畅，流速均匀，池内不得产生涡流的要求，一般宜采用正向进水方式。

正向进水池，扩散锥角不应大于40°，底坡不宜陡于1∶4。

（2）进水池设计应使池内流态良好，满足水泵进水要求，且便于清淤和管理维护。

如水流污物较多，需设置拦污设备。

6.4 出水池布置

出水池设计应满足以下要求：

（1）池内水流顺畅，水头损失小；

（2）出水池底宽大于渠道底宽时，设置渐变段，其水收缩角不宜大于40°；

（3）出水口顶缘淹没在最低水位以下，且不小于0.5m。

7 泵站厂房设计

7.1泵房布置

7.1.1 泵房布置应遵循的原则

泵房按结构型式分块基型和分基型，按运行条件分干室型和湿室型。

泵站布置应根据泵站枢纽的总体布置和水泵型号，机电设备参数，进、出水流道型式，以及对外交通和工程运行管理要求等，经技术经济比较确定。

泵房布置应遵循下列原则：

（1）满足机电设备布置、安装、运行和检修的要求；

（2）满足泵房内通风、散热和采光要求，并符合防火、防潮、防噪声等技术要求；

（3）内外交通方便；

（4）布置紧凑合理，整齐美观。

7.1.2 泵房平面布置

（1）机组间距

提示：

（1）立式机组间距应根据电动机风道外径与进水流道的宽度以及运行管理要求予以确定。

风道之间的净距一般不小于1.5m，相邻流道之间的隔墩厚度不宜小于0.8m。

（2）卧式机组：

单列布置时，相邻机组之间净距不小于1.8m～2.0m，必要时，满足电机抽芯的要求；双列布置时，机组与进、出水管之间的净距不宜小于1.2m～1.5m。

（2）泵房长度

主泵房长度应根据机组台数，布置形式，机组间距，边机组段长度以及安装检修间的布置等因素确定，并满足机组吊运和厂房内部交通要求。

边机组段长度应满足设备吊装要求以及楼梯、交通布置的需要，机组与端墙的净距不宜小于1.5m。

检修间的布置应根据机组台数和尺寸，检修方式，内外交通等因素确定，其长度一般为1～1.5倍机组间距。

（3）泵房宽度

泵房宽度应根据主、辅机及电气设备布置要求，进、出水流道尺寸，高压电气安全距离，工作通道的宽度，进、出水侧必需的设备吊运要求等因素，结合桥式起重机的标准跨度确定。

泵房基础宽度应根据进水流道长度，出水流道的布置，以及地基承载力和渗径长度等要求综合考虑确定。

主厂房电机层的进、出水侧均应设主通道，其他各层至少应设置一条主通道，主通道宽度不小于1.5m，一般通道宽度不小于1.0m。

如一侧布置有操作柜盘时，其通道净宽不小于2.0m。

水泵层的运行通道还应满足设备搬运的要求。

提示：

（1）卧式机组泵房宽度，应根据水泵、阀门和所配置的管件尺寸，并满足设备安装、检修以及运行维护通道布置的要求确定。

（2）机组台数较多，而自动化程度要求较高的泵房，应设置中央控制室，以便集中控制监视。

中控室与电机层宜布置在同一高程。

（4）主泵房排架布置

主泵房排架的布置，应根据机组设备安装、检修的要求，结合泵房结构布置确定。

排架宜等跨布置，结合建筑模数和吊车梁标准跨度相一致。

立柱应布置在隔墙或墩墙上，而不宜设在进、出水流道顶板上。

泵房永久缝的两侧均应设置排架柱。

（5）泵房永久变形缝设置

泵房永久变形缝的设置，应根据泵房结构形式，机组台数，地基条件等因素确定，缝的宽度不宜小于1.0cm。

提示：

土基上泵房的缝距不宜大于30m；岩基上泵房的缝距不宜大于20m。

7.1.3 主泵房各层高程确定

首先根据水泵的汽蚀特性和进水位参数，确定水泵安装高程，泵房各层高程应根据主、辅机及电气设备的布置，机组的安装、运行、检修，设备吊运，以及泵房的通风、散热和采光等要求确定。

（1）水泵安装高程的确定

水泵安装高程必须满足以下要求：

1）在进水池最低运行水位时，满足不同工况下泵的允许吸上真空高度或必需汽蚀余量的要求；

2）立式轴流泵或混流泵安装时，其基准面最小淹没深度应大于0.5m；

3）保证进水池内不产生有害漩涡。

提示：

（1）安装高程的计算基准：

对于立式轴流泵，是指通过水泵转轮中心的水平面；对于立式混流泵，是指通过转轮叶片出口中心线的水平面；对于卧式泵，是指通过泵轴中心线的水平面。

（2）当缺乏水泵汽蚀性能曲线时，可根据厂家提供的最小淹没深度来确定。

（2）进水流道底板高程的确定

进水流道底板高程应根据水泵的安装高程，进水流道的型式、尺寸和泵房基坑开挖量及其难易程度等因素确定。

提示：

肘型进水流道：

H=（1.5～2.2）D；

钟型进水流道：

H=（1.0～1.4）D。

式中：

D——水泵叶轮直径；

H——叶轮中心线至进水流道底板的高度。

（3）电机层高程的确定

电机层高程，应根据水泵安装高程，机电设备布置要求，内河最高防洪水位，厂房周围地面高程及厂房对外交通运输等因素确定。

电机层应高于内河最高防洪水位0.5m。

（4）电机层以上主厂房高度

主泵房电机层以上主厂房高度，应满足起重设备的布置，机组安装检修，设备吊运及通风采光等要求，且不小于6m。

吊车最高点与屋顶天花板（或灯具）之间的距离不应小于0.3m。

提示：

立式机组应满足水泵轴或电动机转子连轴的吊运要求；卧式机组应满足水泵或电动机的整体吊运要求。

7.2 防渗、排水布置

站基应根据其渗流特性和泵站上下游水位组合，并结合泵房地下轮廓布置以及两岸连接结构和进、出水建筑物的布置，设置完整的防渗排水系统。

提示：

（1）土基上泵房基底渗径长度不足时，可结合出水池底板设置钢筋混凝土铺盖。

铺盖应设置永久变形缝，缝距不大于20m，且应与泵房永久变形缝错开布置。

（2）砂基可结合泵房地基抗震“液化”，布置成四周封闭的防渗墙。

（3）岩基可根据防渗需要，在底板上游侧齿墙下设置灌浆帷幕。

前池、进水池底板上可根据排水需要设置适量的排水孔。

在渗流出口处必须设置级配良好的排水反滤层。

侧向防渗排水布置应根据泵站上、下游水位组合，岸墙、翼墙后土的渗透性能及地下水位变化情况综合分析确定，并应与正向防渗排水布置相适应。

7.3 泵房稳定分析及地基应力计算

7.3.1 荷载及其组合

作用在泵房上的荷载有：

自重（含永久性设备重）、静水压力、扬压力、土压力、风压力、波浪压力、雪载、地震荷载及其他荷载。

站基的渗透压力应根据地基的防渗和排水设施布置，以及地基渗流特性，进行渗流计算求得。

波浪压力宜采用官厅──鹤地公式或莆田公式计算。

在正常运用水位和设计水位时，风速采用相应时期多年平均最大风速的1.5～2.0倍；在校核洪水位时，采用相应洪水期多年平均最大风速。

当无实测风速资料时，可参照DL5077-1997采用。

地震荷载按DL5073-1997的规定计算，不与设计洪水位和校核洪水位情况组合。

荷载组合分为基本组合和特殊组合，详见表6。

表6 荷载组合表

荷载组合

计算情况

荷载

自重

静水压力

扬压力

土压力

风压力

波浪压力

活荷载

地震

其他

基本组合

完建情况

√

正常运用

√

特殊组合

施工

√

检修

√

非常运用

√

地震

√

注：

地震组合中的静水压力和扬压力系指正常运用水位情况

7.3.2 泵房抗滑稳定分析

泵房抗滑稳定可按下列两个公式进行计算：

（1）

（2）

式中：

Kc——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；

′c——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

∑W——作用于泵房基础底面上的全部竖向荷载，kN；

∑H——作用于泵房基础底面以上全部水平荷载,kN；

A——泵房基础底面面积,m2；

f——泵房基础底面与地基之间的抗剪摩擦系数。

对于土基可按试验资料确定，建议采用f=tｇφ+c/（ησ）（σ为底板平均压应力，kPa；c为地基土的凝聚力,kPa;φ为地基土的内摩擦角,（°）;η为系数，取4～6）。

当无试验资料时，可按有关规范取值。

对于岩基采用试验资料的比例极限值；

f′——泵房基础与基岩接触面的抗剪断摩擦系数，采用野外试验测定的峰值的小值平均值或野外试验和室内试验的峰值的小值平均值；

C′——泵房基础与基岩接触面的抗剪断凝聚力（kPa），采用野外试验测定的峰值的小值平均值或野外试验和室内试验的峰值的小值平均值。

若有不利于泵房抗滑稳定的缓倾角和软弱夹层或断裂面时，还应核算沿可能组合滑动面的抗滑稳定性。

泵房抗滑稳定安全系数容许值按GB/T50265-97执行,见表7。

表7 抗滑稳定安全系数容许值表

地基类别

荷载组合

泵站建筑物级别

适用公式

4.5

土基

基本组合

1.35

1.30

1.25

1.20

特殊组合

Ⅰ

1.20

1.15

1.10

1.05

Ⅱ

1.10

1.05

1.00

岩基

基本组合

1.10

特殊组合

Ⅰ

1.05

Ⅱ

1.10

基本组合

3.00

特殊组合

Ⅰ

2.50

Ⅱ

2.30

注：

（1）特殊组合Ⅰ适用于施工情况、检修情况和非常运用情况；特殊组合Ⅱ适用于地震情况;

（2）岩基上泵房沿可能组合滑动面滑动的抗滑稳定安全系数容许值，可根据缓倾角和软弱夹层或断裂面的充填物质等情况，较表列值适当增加;

（3）如本表数值与现行规范不一致时，应按现行规范执行

7.3.3 泵房抗浮稳定计算

当泵房下游洪水位较高时，应对泵房进行抗浮稳定计算，计算公式如下：

（3）

式中：

Kf——抗浮稳定安全系数；

∑G——作用于泵房基础底面以上的全部重量,kN；

∑U——作用于泵房基础底面上的扬压力,kN。

泵房抗浮稳定安全系数的容许值不分泵站建筑物级别和地基类别，基本组合为1.10，特殊组合为1.05。

7.3.4 泵站基底应力计算

泵房基底应力应根据泵房结构布置和泵站各种运行工况的受力状况计算确定，其计算公式如下：

（4）

式中：

——泵房基底应力的最大值和最小值，kPa；

∑G——作用于泵房基础底面的全部竖向荷载，kN；

∑Mx——作用于泵房的全部竖向荷载和水平荷载对泵房基础底面形心轴X的力矩代数和，kN·m；

∑My——作用于泵房的全部竖向荷载和水平荷载对泵房基础底面形心轴Y的力矩代数和，kN·m；

Wx——泵房基础底面形心轴X的截面模量，m3；

Wy——泵房基础底面形心轴Y的截面模量，m3；

A——泵房基础底面积，m2。

各

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