5.6 结构设计

5.6.1 水闸泵站控制运用方式

（1）屏山河水位高于内河涌水位，需要排涝时，开泵排涝。

（2）屏山河水位低于内河涌水位，需要排涝时，开闸排涝。

（3）当屏山河水位高于内河涌最高水位时，关闸挡潮。

5.6.2 泵房（闸室）荷载计算及组合

作用在泵房（闸室）上的主要荷载有：泵房（闸室）自重和永久设备自重、水重、静水压力、扬压力、浪压力、土压力、地震力等，因新涌水闸位于屏山河与幸福涌交汇处，浪压力很小，所以不计浪压力。

（1）泵房（闸室）自重：闸室自重包括闸体自重及永久设备重等。

（2）静水压力：按相应计算工况下上下游水位计算。

（3）土压力：土压力按静止土压力计算。

（4）扬压力：扬压力为浮托力及渗透压力之和，根据流网法计算各工况渗透压力。

（5）地震力：地震动峰值加速度0.10g，地震基本烈度为Ⅶ度。根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203—97）的规定，4级水闸采用拟静力法计算地震作用效应。

水平向地震惯性力：沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值按下式计算。

式中 F_i——作用在质点i的水平向地震惯性力代表值；

ξ——地震作用的效应折减系数，除另有规定外，取0.25；

G_Ei——集中在质点i的重力作用标准值；

α_i——质点i的动态分布系数；

α_h——水平向设计地震加速度代表值，0.1g。

地震动水压力：单位宽度的总地震动水压力作用在水面以下0.54H₀处，计算时分别考虑闸室上下游地震动水压力，其代表值F₀按下式计算。

式中 ρ_w——水体质量密度标准值；

H ₀——水深。

荷载按不同的计算工况进行组合，见表5.6-1和表5.6-2。

5.6.3 新涌泵房（闸室）计算工况及水位组合

工况及水位组合见表5.6-3和表5.6-4。

5.6.4 稳定计算

5.6.4.1 抗滑稳定计算

泵房（闸室）沿基础底面的抗滑稳定安全系数，采用《泵站设计规范》（GB/T 50265—97）中规定的公式计算：

式中 K_c——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（包括泵房基础底面上的扬压力在内），kN；

∑H——作用于泵房基础底面以上的全部水平向荷载，kN；

f——泵房基础底面与地基之间的摩擦系数，取0.3。

5.6.4.2 基底应力验算

基底应力按材料力学偏心受压公式进行计算，当结构布置及受力情况对称时，按下式计算：

式中 ∑G——作用在闸室上全部竖向荷载；

∑M——作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩；

A——闸室基底面的面积；

W——闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的面积矩。

当结构布置及受力情况不对称时，其计算公式如下：

式中 ∑M_x，∑M_y——作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对基础底面形心轴x、y的力矩；

W_x，W_y——闸室基底面对于该底面形心轴x、y的面积矩。

5.6.4.3 抗浮稳定计算

泵房抗浮稳定安全系数采用《泵站设计规范》（GB/T 50265—97）中规定的公式计算：

式中 K_f——抗浮稳定安全系数；

∑V——作用于泵房基础底面以上的全部重力，kN；

∑U——作用于泵房基础底面上的扬压力，kN。

计算成果汇总。泵房及闸室天然地基稳定计算成果见表5.6-5和表5.6-6。

从表5.6-5和表5.6-6中可以看出，闸室与泵室的抗滑稳定安全系数大于规范规定的允许值，但天然地基情况下基底应力不均匀系数大于规范允许值，基底应力也大于地基容许承载力，需进行地基处理。

5.6.5 泵房（闸室）应力计算及配筋

泵房（闸室）应力计算包括泵房底板，墩墙、水泵层、电机层楼面等主要构件，根据具体情况简化为平面问题进行设计计算。

计算荷载除与稳定计算相同外，还计入楼面活荷载等。

（1）泵房底板、泵墩及流道层。泵房底板根据受力条件和上部结构型式，按弹性地基梁计算，结构计算时顺流向截取单宽的框架板条，包括泵房底板、流道层板、边墩、缝墩及中墩。计算荷载包括侧向土压力、墩身自重、墩上部结构重、人群荷载、水重、静水压力、地震力等，计算程序采用《水利水电工程设计计算程序集》中带斜杆带弹性地基梁的平面框架。计算工况包括施工完建工况、运用工况、检修工况和地震工况。经分析，完建工况、检修工况及地震工况为控制工况。泵房底板、边墙内力及配筋计算成果见表5.6-7。

（2）泵房电机层板梁。电机层楼板按板梁结构设计，由板和井字梁组成。表5.6-8中横梁为顺水流向，共两个，净跨为7m，根据板上荷载情况布置纵梁，板厚20cm。电机层主要受自重、电机重，人群活荷载和安装检修活荷载等。考虑板与墩墙整体浇注，按固结考虑。考虑安装、检修及运行时的最不利组合，分别求出支座和跨中弯矩，并据此配筋。

板梁内力及配筋计算成果见表5.6-8。

（3）闸室。闸室结构应力分析按弹性地基梁计算，结构计算时顺流向截取单宽的框架板条，包括闸室底板和边墩。计算荷载包括侧向土压力、墩身自重、墩上部结构重、人群荷载、水重、静水压力、地震力等，计算程序采用《水利水电工程设计计算程序集》G14—带斜杆带弹性地基梁的平面框架。计算工况包括施工完建工况、运用工况、检修工况和地震工况。经分析，完建工况、检修工况及地震工况为控制工况。闸室底板、边墩、缝墩内力及配筋计算成果见表5.6-9。

根据内力计算结果，闸室底板和边墩上下层配筋均为构造配筋，配筋面积均为1425mm²，选配20＠200即能满足要求。

5.6.6 交通桥应力计算及配筋

交通桥下部结构采用整体框架结构，应力计算采用《水利水电工程设计计算程序集》G14—带斜杆带弹性地基梁的平面框架内力及配筋计算。计算选用控制工况：完建期和地震。其计算成果见表5.6-10。

根据表5.6-10，按受弯构件对交通桥底板、桥墩进行配筋计算，最小配筋率为0.15%。经计算新涌水闸的交通桥底板及桥墩受力钢筋选配20＠200，中墙选配16＠200。

5.6.7 翼墙稳定及应力计算

根据工程布置，上游翼墙（幸福涌侧）高度6.20～4.70m，下游翼墙（屏山河侧）挡土墙高度4.70m，挡墙结构采用悬臂式。分别选取墙高6.20m和4.70m两个典型断面进行结构稳定及应力计算，墙后土压力按朗肯土压力理论计算。

计算工况选取不利水位组合。主要荷载包括土重、侧向土压力、水平水压力、水重、扬压力、结构自重等，侧向土压力按朗肯主动土压力计算。

稳定计算工况及水位组合选取如下：

工况1（基本组合）：施工完建，墙前、后无水。

工况2（基本组合）：正常运行，墙前墙后水位均为常水位0.20m。

工况3（特殊组合）：水位骤降，墙前水位由最高控制水位骤降，墙后水位不变。

工况4（特殊组合）：地震情况，正常运行+地震。

翼墙稳定计算成果见表5.6-11和表5.6-12。

由表5.6-11和表5.6-12计算结果可知，上、下游翼墙抗滑稳定满足要求，应力不均匀系数亦满足规范要求，但基础底面应力大于基底应力允许值，而且因基底为淤泥质软土，地震时易出现不均匀沉陷导致地基破坏，属抗震不利土层，不能作为基础持力层。因此必须进行基础处理。