最新10 输水建筑物.docx

1、最新10 输水建筑物10 输水建筑物10 输水泵站及管理区建筑东风西沙水源地输水泵站输水规模40万m3/d，布置在水库北侧，距东堤约1km的现崇明岛大堤外侧滩面。总装机3280kW，从库内引水，向崇明水厂及城桥水厂供水。工程由进水口、引水箱涵、站前拦污闸进水池、吸水池、输水泵房以及出水管等相关配套设施组成。整个泵房管理区由崇明岛大堤外滩地局部圈围后经吹填形成陆域。10.1 主要设计参数10.1.1 输水泵站特征水位及出站压力（1）输水泵站特征水位表10.1-1 输水泵站水库侧特征水位工况咸潮期（m）非咸潮期（m）最高运行水位5.65（4.50）4.00最低运行水位1.002.20（2）泵站出站

2、压力表表10.1-2 向崇西方向供水泵站出站压力表工况输水流量（m3/s）出站压力（m）备注近期正常工况0.37313.151台泵运行最低运行工况0.18610.49单泵以50%流量运行校核工况远期正常工况0.62012.552台泵同时运行最低运行工况0.31010.661台泵运行校核工况0.74413.85表10.1-3 向城桥方向供水时泵站出站压力表工况输水流量（m3/s）出站压力（m）备注近期正常工况2.3039.412台泵运行最低运行工况0.58510.78单泵以50%流量运行校核工况远期正常工况4.3436.44台泵同时运行最低运行工况0.58510.78单泵以50%流量运行校核工况

3、4.5838.5910.1.2 计算水位组合输水泵站吸水池内水位一般低于水库水位，其水位差即为水流通过进水口及引水箱涵的水头损失。由于泵室和吸水池整浇在一起，因此，作为一整体进行抗滑稳定及基底应力计算。表10.1-4 泵室稳定计算水位组合表工况水库侧水位（m）吸水池内水位（m）墙后地下水位（m）基本组合完建期无水无水3.5运行（1）1.00.255.2运行（2）5.654.706.2特殊组合地震（1）1.00.255.2地震（2）5.654.706.2由上表可知，水库与吸水池内水位相差不足1m，而水库与吸水池间的引水箱涵及渐变段的防渗长度超过100m，因此，本站的抗渗稳定不存在问题，不必计算。

4、10.1.3 安全系数（1）抗滑稳定安全系节制闸、泵室为2级建筑物，根据水闸设计规范SL265-2001第7.3.13条、泵站设计规范GB50265-2010第6.3.5规定，土基上沿泵室、闸基底面抗滑稳定安全系数的允许值见表10.1-5。表10.1-5 基底面抗滑稳定安全系数表组合工况抗滑稳定安全系数备注基本组合1.30特殊组合（I）1.15施工、检修情况特殊组合（）1.05地震情况（2）抗浮稳定安全系数根据泵站设计规范GB50265-2010第6.3.6条规定，泵房的抗浮稳定安全系数的允许值为： 基本组合 Kf1.1特殊组合 Kf1.05（3）基底应力在各种荷载组合情况下的闸室、泵房平均基

5、底应力不大于地基允许承载力，最大基底不大于地基允许承载力的1.2倍，基底应力不均匀系数不大于表10.1-6所示的允许值。表10.1-6 基底应力不均匀系数的允许值地基土质荷载组合基本组合特殊组合松 软1.52.0中等坚实2.02.5坚 实2.53.0（4）沉降量和沉降差根据水闸设计规范SL265-2001，闸室的最大允许沉降量: Smax=15cm，相邻建筑物间的最大允许沉降差: Smax=5cm根据输水管线要求，进水井允许的最大沉降量：Smax=1.5cm。（5）进水池挡墙根据堤防工程设计规范GB50286-98，进水池挡墙的抗滑稳定安全系数Kc抗倾安全系数Ko见表10.17。表10.17

6、进水池挡墙KcKo允许值表荷载组合抗滑稳定安全系数Kc抗倾稳定安全系数Ko正常运行条件1.351.60非常运行条件1.201.5010.2输水泵站及管理区总体布置10.2.1输水泵站及管理总平面布置场地位于水库北堤西侧吹填土上，总用地面积约13330m2，既20亩。地块呈西北角小、东南角大的葫芦形。布置有综合楼，实验楼、门卫和泵房，总建筑面积4973.1m2。建筑单体外形采用柔和的曲线形，单体建筑的位置关系有疏有密，组合在一起，好似水中气泡悬浮在葫芦中，形成与环境共生的建筑群落。由场地北侧往南，依次综合楼、实验楼、35kV变电站、输水泵站等主要建筑。即综合楼位于葫芦口处，占据统领地位，取得良好

7、东南朝向，拥有开阔视野。输水泵站位于葫芦的中心，寓意有容乃大，同时满足与大堤和岸线的间距要求。实验楼位于综合楼东侧，两者形成一块相对安静的办公场所。35kV变电站靠近泵站副厂房，方便走线。 综合楼北侧设地埋式污水处理设备。门卫东侧地下设输水泵站消防水池。35kV变电站西侧设地下消防水池及其楼梯间。楼梯间正对栈桥出口，栈桥可通往80m外的水文测亭。10.2.2出入口及道路布置主入口设在场地东侧正对输水泵站入口处，向西、东分设4m宽道路，在办公区域形成环通，在泵站前池末端设回车场。车道可方便到达各单体的出入口。主入口西侧设9个室外停车位。10.2.3场地标高与建筑退界场地标高7.2m，堤顶标高7.

8、5m，入口处设坡道和集水沟。门卫退后红线3m。综合楼和实验楼退界8m以上。35kV变电站与副厂房间距10m，满足规范要求。10.2.4景观设计输水泵站区平面布置设计采用“湿地岛”设计概念，设计利用高起的400800MM的草坡象征一个个湿地岛一样，在草坡周边为绿色高大的植物，结合弧形的绿色建筑，仿佛人置身之湿地中的岛屿，行人沿得道路行走于此，步换景移，使人赏心悦目有一种融入大自然的感觉，与崇明岛的湿地风格相协调。在设计功能上，由于考虑到输水泵站区有参与人流的关系，在布置景观时，都采用人较为舒适的尺度，并且多增加了景观观赏性和参与性，让人多驻足，停留这里。为了体现输水泵站区的生态性，我们提出花园管

9、理区的理念，在管理区内尽可能提高绿化率，在植物配置时做到四季常绿，做好四季有花。在建筑的屋顶铺设草坪增加绿化，着力营造出在花园里生产、办公的管理区的氛围。我们尽力创造人与自然和谐共存的生态环境，为人提供充满活力，易于维护用科普、研究及教育为一体的保护带景观。10.3管理区场地吹填设计10.3.1围堤顶（防浪墙顶）高程的确定管理区位于水库北堤（崇明长江大堤）库内侧，一侧与北堤相接，临水侧堤坡采用无平台的单一斜坡，按照不允许越浪设计，场地（防浪墙顶）顶高程根据水库内波浪要素及设计最高蓄水位确定，计算结果见表10.3-1。表10.3-1 新建管理区场地（防浪墙）顶高程计算成果表计算工况水位（m）护坡

10、结构斜坡有无平台波浪爬高R2%（m）安全加高A（m）风壅水面高度e（m）计算堤顶高程Zp（m）备注库内侧设计高水位5.65灌砌块石无平台的单一斜坡0.880.80.027.35不允许越浪根据上述计算结果，堤顶（防浪墙顶）高程为7.35m，在水库侧布置防浪墙，堤顶应高出设计静位0.50m以上0.5m，则=0.51.42=0.71m，则堤顶高程应为5.65+0.50=6.15m，堤顶高程取6.20m，防浪墙顶高程取7.40m，这样防浪墙净高1.20m，满足规范的防浪墙净高不宜超过1.20m的要求。根据管理区总体布置及建筑、景观设计要求、以及方便与崇明长江大堤堤顶（现状高程7.50m7.60m）衔接

11、等因素，水库管理区场地高程取7.20m，临水侧（水库侧）堤顶布置0.20m高的防浪墙兼作护挡结构（混凝土挡墙）。10.3.2管理区场地的吹填10.3.2.1管理区总体布置管理区位于水库北堤（崇明长江大堤）库内侧，占地20亩，一侧与北堤堤顶相接，围堤顶与崇明长江大堤堤顶之间布置有围墙。围堤三面临水，呈曲线形，场地由北向南依次布置综合楼、实验楼、35kV变电站、输水泵站。10.3.2.2管理区场地围堤断面管理区场地围堤采用充砂管袋、无平台的单一斜坡堤结构，在临水侧堤坡由滩面至堤顶路面结构以下布置充砂管袋棱体（棱体外侧坡1:3，内侧坡1:1），充砂管袋棱体与崇明长江大堤堤坡之间吹填粉砂土筑堤芯至设计

12、顶高程7.20m。临水侧堤坡为单一斜坡，0.30m厚C20灌砌块石护坡，下设0.20m厚袋装碎石和一层反滤土工布。管理区场地围堤断面见图SHDFXSSK（5）851。10.3.2.3管理区场地的吹填在进行管理区场地的吹填之前，须对滩面进行清基。清除大量水草和芦苇等植被的根系，结合输水泵站北侧基坑开挖边坡及施工临时围堰（由基坑底高程-4.00m，距离输水泵站结构线5.00m，以1:3堤坡开挖至现状滩面约3.50m高程，然后布置宽5.00m平台，以1:3堤坡至管理区场地高程7.20m/充填袋装砂筑堤），先期进行输水泵站以北场地的吹填，待完成输水泵站施工后，进行输水泵站基坑的回填，并结合输水泵站南侧

13、、西侧施工临时围堰进行输水泵站场地的吹填。10.4 输水泵站布置及结构设计10.4.1结构建造方案比选输水泵站作为东风西沙水库工程输水线路的起点，输水水头大、安全稳定性要求高。在6.4节对站址根据其功能定位，综合考虑经济、运行、交通、施工等各方面因素，经过详细比较，将输水泵站定在距水库东侧堤约1km的崇明岛大堤外侧滩面，距现崇明岛大堤堤脚约50m范围外。鉴于作为泵站主体的泵房，其结构型式及建造方案设计合理与否是泵站工程设计成败的关键。因此，本阶段对泵房结构型式及建造方案进行比较，以选择安全可靠，建造工艺成熟易行，运行管理方便的方案，以确保输水泵站顺利实施，并节省投资。根据站址区的地形地质条件，

14、结合上海及周边地区已建成的长江大堤边泵站的建设经验，泵室结构型式可采用沉井和开挖现浇两种方案。两方案的优缺点参见表10.4-1。二方案的站身剖面见图10.4-110.4-2。图10.4.1 方案一：泵室沉井方案图10.4.2 方案二：泵室开挖现浇方案表10.4-1 输水泵站结构建造方案比较表 结构 方案优缺点方案一：沉井方案方案二：开挖现浇方案优点(1) 不需大开挖，施工临时占地少，对邻近崇明大堤影响较小，防汛风险小。 (2) 施工时，不需修筑围堰，不受基坑开挖、围护及降水的影响，工期较短。(1)常规施工，施工方法简单，施工队伍容易选择。(2)泵室钢筋砼总方量稍小缺点(1)站址处在沉井深度范围

15、内大多为3层砂质粉土，均为中等透水地基，易发生流砂、管涌，有一定施工风险；砂质土井壁阻力也较大，下沉较困难；(2)对施工单位技术要求较高，必须选择有相似工程施工经验的施工队伍。(2)因需设置刃角、底梁等结构，泵室钢筋砼总方量较开挖现浇方案稍大(1)基坑深约8m，若放坡开挖，临时占地较大；并且施工时需修筑围堰，围堰投资也较大；(2)基坑范围是砂质土，开挖时易发生流砂、管涌，需要采取防渗及降水措施。造价(万元)903310183注：表中造价仅含泵室部分的结构、施工平台及围堰等工程的直接费用，不含泵室上、下游连接建筑物、及机电、金结等费用。一般而言，沉井方案（方案一）不需大开挖，不需修筑围堰，不受基

16、坑开挖、围护及降水的影响，也可减少施工临时占地，减少开挖对现崇明岛大堤边坡的影响，降低施工中的防汛风险。上海及周边地区已建成的宝钢、陈行水库及在建的太仓水库，为减少施工临时占地，减少对附近建筑物影响，避免大开挖产生的稳定问题，均采用了沉井结构。但沉井施工中，易发生偏斜、突沉，在砂性地基上，还易发生流砂、管涌，有一定的施工风险。且沉井因下沉需要，需在底板下设置刃脚、底梁等结构，较一般现浇结构的钢筋砼方量大，相应地投资也较大。开挖现浇方案（方案二）属常规施工方法，施工简便，质量容易保证，施工风险较小。其最大缺点是放坡开挖时需较大的临时占地，对邻近建筑物的稳定带来不利影响。一般在建筑物密集的地区不适

17、用。但对于本工程而言，工程区位于现崇明岛大堤宽约100150m空旷的外滩上，而泵室总宽在30m左右，基坑深68m。有足够的空间布置开挖面，而不影响临近的崇明大堤稳定。因此，从经济及施工简便的角度考虑，选择开挖现浇方案（方案二）。10.4.2 输水泵房结构设计输水泵站的总供水规模为40万m3/d（4.63m3/s），分两路供水，一路向崇西水厂输水，供水规模为5万m3/d（0.58m3/s），另外一路向城桥水厂输水，供水规模为35万m3/d（4.05m3/s）。经泵站工艺设计，向崇西水厂供水的水泵选择装机3台单级双吸离心泵，配套异步电动机功率90kW，额定电压0.4kV；向城桥水厂方向供水的水泵，

18、选择装机5台单级双吸中开式离心泵。8台水泵机组一列式布置在泵室内。10.4.2.1泵室结构布置（1）结构布置泵室采用整体钢筋砼空箱式结构，其控制高程及尺寸如下：垂直水流方向：泵室内共安装向崇西水厂输水的3台水泵及向城桥水厂输水的5台水泵。机组中心间距根据按照水力条件要求及设计布置要，并参照水泵样本确定，向城桥水厂输水的5台水泵机组间距6.5m，向崇西水厂输水的3台水泵机组间距4.3m。泵室一侧边墙厚1.35m，每台泵之间，在前后板上设置厚1m的分隔墩，既有利于水泵进水，也使泵室前、后墙板均有支撑，对结构有利。按此布置，泵室在垂直水流方向总宽47.25m。顺水流方向: 根据水泵进出水流道的长度、

19、检修闸门和工作桥的布置要求、水泵的尺寸及安装检修等要求，泵室顺水流向长为31.7m。高度方向：根据水泵的喇叭口在库内设计最低运行时淹没深度要求，经详细计算（详见泵站工艺设计11.1节）确定泵室前端吸水池底板顶高程-2.7m，水泵室底板顶高程-1.30m。根据初步的结构计算，前端吸水池底板厚1.6m，后端泵室底板厚2.5m。向崇西水厂供水的3台离心泵进出水管中心高程为-0.55m；向城桥供水的5台离心泵进出水管中心高程为-0.4m。泵室上部设置主厂房，主厂房地面高程7.5m，与崇明岛大堤堤顶高程相同。从泵室底部到泵室地面布置有2座楼梯，以满足运行管理需要。本泵房底板垂直流向宽47.25m，顺水流

20、向长31.7m。按泵站设计规范要求，宜在底板上设置永久变形缝。但根据我院在大体积、大跨度混凝土温控及防裂设计经验，经详细研究后认为：本泵室底板宜采用整块底板，不宜分缝。主要有如下考虑：若泵室底板分缝，虽底板厚度可略减小，但增加了分隔墩和底板宽度，泵室上主厂房排架柱数量也增加，并且施工麻烦，工程费用反而增加60万元；并且，设置分缝后，两块底板上的泵室沉降差很难控制，影响泵室机组及桥机的运行；并且，设置分缝后在止水及防渗方面也增加了一个薄弱环节。通过对底板的正常使用极限状态验算，由于本工程泵室底板上荷载较小，最不利工况下底板裂缝宽度仅为0.1mm，小于规范规定值。泵室底板浇筑时，可采取减小混凝土收

21、缩和温度变化的措施，如增配温度钢筋来限制温度裂缝扩展；在混凝土内掺入聚丙烯网状纤维及膨胀剂来改善砼抗裂性能，补偿收缩。该项措施效果很明显：2000年在“外高桥新港区三期码头工程”中，针对砼由于温度变化表面收缩龟裂进行了不同工艺、不同掺和料的对比性试验，分别采用磨耗层后浇、真空吸水、掺尼龙纤维及聚丙烯网状纤维四种条件的6次试验，经3个多月的观察比较，得出掺聚丙烯网状纤维控制混凝土面层收缩龟裂最为理想的结论，并由专家签定认可。现代设计中超长超厚的底板渐成趋势，一些高层和超高层建筑的箱型基础长6080m，不设置任何变形缝；超过80100m者只留后浇缝。（可参见中国建筑工业出版社出版，王铁梦著工程结构

22、裂缝控制P264P272），现混凝土外加剂应用技术规范中8.4.6也已规定：掺入膨胀剂的“地下室和水工构筑物的底板和边墙的后浇缝最大间距不宜超过60m。”因此，60m以下的底板现在一般已可不设缝。近几年我院及其他兄弟院设计的上海地区同类工程中，4060m的整块泵闸及水池底板很多（参见下表），均运行良好。参见表10.42。表10.42 上海地区近年设计的部分泵闸及水池底板尺寸工程名称结构型式地基处理底板尺寸（m）备注张家塘泵闸钢筋砼坞式淤泥质粘性土地基，采用预制方桩处理41.729.91.6砼中未掺外加剂，未见裂缝。崇明崇西水闸钢筋砼坞式砂质粉土地基，采用旋喷桩处理42.130.51.6砼中未掺

23、外加剂，未见裂缝。浦东江镇河泵闸钢筋砼坞式砂土地基，采用旋喷桩处理42.929.91.6砼中未掺外加剂，未见裂缝。宝钢CCPP电厂循环水泵站*钢筋砼箱形沉井粘性土地基，未处理40.226.81.5砼中未掺外加剂，未见裂缝。芦潮港水闸钢筋砼坞式砂土夹淤泥质粘土地基，采用预制方桩处理41.031.02.0砼中掺入聚丙烯纤维，未见裂缝。太仓水库输水泵站*钢筋砼箱形沉井淤泥质粘性土地基，采用旋喷桩处理55.444.41.7砼中掺入膨胀剂。尚在建，四周边墙已完工，未见裂缝。宝钢焦化厂水池*（2座）钢筋砼箱形淤泥质粘性土，采用30m灌注桩处理52381.8未见裂缝。钢筋砼箱形淤泥质粘性土，采用30m灌注桩

24、处理66.219.22.5砼中掺入膨胀剂，未见裂缝因此，本泵站采用不分缝的整块底板，拟在底板砼中掺入聚丙烯纤维及膨胀剂，以改善砼性能，降低砼浇筑时的水化热，补偿收缩，防止裂缝产生。10.4.2.2 主、副厂房设计泵室上部设置主厂房。主厂房地面高程7.5m，长48.14m，宽16.18m，总面积778.9m2。主厂房采用钢筋混凝土排架结构，排架间距6m。屋顶采用预制钢筋混凝土梁和槽形屋面板结构,考虑建筑造型的需要,在屋面板上设置采钢板系统。检修间与主厂房相连，位于主厂房一端，总宽与主厂房相同，总长6.9m，满足机组吊运检修和泵房内部交通要求。主厂房及检修间内安装一台额定起重量为16/3.2t、跨

25、度为13.5m的单梁桥式起重机，供安装检修时起吊设备之用。根据泵站运行管理需要，在主厂房检修间一端设置副厂房。将中控室、开关室、设备室、通讯室、会议室、休息室等均布置在副厂房内。副厂房为两层，框架结构。长33.6m，宽16.1m，两层总面积1065m2。副厂房的山墙与检修间、检修间与泵室间均设置50mm的抗震变形缝。副厂房及检修间采用C25现浇钢筋混凝土条形基础。为防止地震液化，条形基础下地基采用三轴搅拌桩处理，桩底高程为-30.0m。水泵出水管穿过泵室边墙后，集中于一大一小两钢筋混凝土闸阀井内，大井长30.9m，宽9m，5台向城桥水厂供水的水泵出水管在此井汇合后，以两根1400钢管输水送至城

26、桥水厂；小井长14.2m，宽7m，3台向崇西水厂供水的水泵出水管在此井汇合，以两根630钢管输水送至崇西水厂。闸阀井盖板采用轻钢和玻璃钢结构。10.4.1输水泵站建筑设计10.4.1.1平面布置主厂房为厂房为排架结构，副厂房为框架结构。建筑面积1932.0m2。平面布局为一字形，由西向东依次布置副厂房、安装间、泵房。一层西侧副厂房设门厅、高低压开关柜室、变频器室、二次设备室。二层副厂房设控制室、综合机房、电气试验室、交接班室、会议室、办公室、值班室和卫生间。10.4.1.2层高与标高 副厂房室内外高差0.3m，一层地面标高7.5m。一层层高5.0m，二层层高4.5m。主厂房总高14.93m。1

27、0.4.1.3交通组织副厂房为外廊式布局，内设两处可直通室外的楼梯。高低压开关柜室设直接对外的出口。泵房内部设四处楼梯可下达-1.45m高程。厂房东南角设直接对外的出口。10.4.1.4立面造型 立面造型为流线形，用材主要设模数化的砌块墙和玻璃幕墙。以外墙上的横梁为分界，每段梁之间随机横向排列墙体和玻璃幕墙，以1m宽为模数，且玻璃幕墙占1/3外墙面积。砌块墙间隔涂饰灰绿色调的真石漆涂料，分隔以1m宽为模数，随机排列。圆润挺拔的外立面，配合轻钢雨篷，展现生机勃勃的水岸建筑新形象。屋顶设置种植屋面，起到节能降耗的效果。10.4.1.5防火设计火灾危险性等级为丁类，耐火等级一、二级。主、副厂房各为独

28、立的防火分区。疏散出口符合消防逃生要求，位于走廊间的房间门距离安全出口最远14m。电气设备间用乙级防火门。10.4.3设计计算（1）泵房稳定计算泵房抗滑稳定安全系数采用泵站设计规范GB502652010中公式（6.3.41）计算：式中：kc抗滑稳定安全系数；G作用于泵房基础底面以上的全部竖向荷载，kN；H作用于泵房基础底面以上的全部水平荷载，kN； f泵房基础底面与地基之间的摩擦系数，取f=0.25；泵房抗浮稳定验算安全系数计算采用泵站设计规范GB502652010中6.3.6公式，如下：式中：kf抗浮稳定安全系数；作用于泵房基础底面以上的全部重力（kN）；作用于泵房基础底面以上的全部扬压力（

29、kN）。泵房稳定计算工况见表10.43；抗滑、抗浮稳定计算结果见表10.44。表10.43 泵房稳定计算工况表工况水位组合（m）水库侧水池侧墙后基本组合（1）完建期无水无水无水（2）运行（1）1.00.253.5（3）运行（2）5.654.705.2特殊组合（4）地震（1）1.00.255.2（5）地震（2）5.654.705.2表10.44 泵房稳定计算成果表计算工况基底应力（KPa）基底应力不均匀系数抗滑稳定安全系数抗浮稳定安全系数PmaxPminP平均KcKf基本组合（1）147.58109.08128.331.35/（2）89.9166.4578.181.3514.141.75（3）127.2188.40107.811.4413.901.47特殊组合（4）93.0363.3278.181.4715.841.38（5）132.6083.01107.811.6015.561.49计算成果表明：在各种工况条件下，泵房抗滑稳定、抗浮稳定、基底应力不均匀系数满足规范要求。泵房建基面高程-3.80m，根据地质勘资料，泵室基础建基面以下约2030m范围内为3层粉细砂。基础持力层地基承载力允许值100120kPa。在完建期工况条件下，地基应力平均值稍大于地基允