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摘 要：通过分析沿海循环水泵房底板、中隔墩、侧壁、后墙的结构和受力特点，研究底板更切合泵房特点的浮力水头高度计算方法及中隔墩、侧壁、后墙的内力分布，探讨其更加科学合理的设计方案
关键词：浮力；水头计算系数；水头计算高度；水压力；单向板；双向板
Abstract： By analyzing the structure and stressing features of the coastal water circulating pump house baseplate， middle division pier， side wall and backwall， this paper researches on the calculation method of buoyancy water head height which make the baseplate be more suitable for the pump house features and the internal force distribution of middle division pier， side wall and backwall. So as to probe into a more scientific and reasonable design scheme.
Keywords： buoyancy force； calculated coefficient of water head； calculated altitude of water head； water pressure； one-way slab； two-way slabs
一、沿海循環水泵房设计概况
沿海燃煤火力发电工程循环水泵房一般布置在主厂房A列前或循环水取水口后侧。2×660MW机组循环水泵房平面尺寸一般为32.5×29.5m， 由4个流道和蝶阀间组成，结构埋深约16～17m，流道顶标高一般为0.2m。泵房结构设计的主要依据是泵房工艺设计方案和《水工砼结构设计规范》（SL191）及其它相关标准。底板厚度取1500mm，侧壁、后墙、中隔墩厚度1500～1700mm。底板双层双向对称配筋，中隔墩、侧壁、后墙竖向和水平方向双向配筋。结构体型尺寸较大、配筋率较高。墙泵房主要设备包括闸门、拦污栅、旋转滤网、冲洗水泵、主泵、蝶阀。
二、沿海循环水泵房结构设计方案分析
1.底板设计方案分析
（1）底板浮力水头计算高度对厚度和配筋的影响
泵房底板结构设计参数除标准及规范的规定外主要有三个：
①多年平均高潮位；
②1%最高潮位；③水压力计算系数K（在《水工砼结构设计规范》中K=1.27）。底板平面尺寸一般根据工艺参数和结构构造确定，底板厚度和配筋主要由底板底部浮力或构造确定。
通常设计方案中，泵房底板浮力水头计算高度为：H=K（H1+H2），K=1.27。 H1—1%最高潮位，H2—平均海平面至循环水泵房底板底距离。
右上图某2×660MW沿海电厂循环泵房的部分参数。
2×660MW沿海大型循环水泵房流道拦污栅、旋转滤网槽结构上部为开口式结构，在极端不利条件（如1%高潮位、持续特大暴雨、特大海啸）下，只要海水或雨水超过流道顶，就会溢过流道顶部进入流道，直至充满流道。
在这过程中，底板所受浮力（↑）由最大逐渐减小至零，然后由零反向逐渐增加至底板自重（↓），底板受力的最不利状态仅发生在海水从流道顶部进入流道的初始瞬间，此瞬间水头高度最高，H=H1+H2+H3，H3—1%最高潮位至流道顶距离。也就是说泵房底板所受到的浮力，在任何情况下都不可能大于H=（H1+H2+H3）×10.3kN/m2。
通常情况下，H=K（H1+H2）远远大于H=H1+H2+H3，可见按H=H1+H2+H3理论计算水压力和浮力，更科学、合理，泵房底板厚度可减薄、配筋均可减小、泵房本体抗浮重量也可大大减小。
以某沿海电厂2×660MW机组循环水泵房为例，阐述沿海循环水泵房按两个理论计算的结果差异。
某沿海电厂循环水泵房地基为微风化花岗岩，初底板面积930m2、厚度为1500㎜，顶标高4.90m（黄海高程）、底板面标高-10.30 m，电厂附近海域1%高潮位为3.80m，多年平均高潮位1.36m。循环水泵房底板典型计算方法是取底板厚度1500㎜，将底板简化为连续单向板，按1%高潮位（3.8 m）计算结构受力。
H1=3.8米，
H2=10.3+1.5=11.8米，
H3=4.9-3.8=1.1米。
按H=K（H1+H2），K=1.27 计算
底板自重：g=1.5×1.0×25kN/m3=37.5 kN/m2 （↓）
泵房底板底面浮力： q1= H=K（H1+H2）*10.3=1.27（3.8+11.8）×10.3= 204 kN/m2 （↑）
底板所受荷载：q=204.1（↑）-37.5（↓）=167 kN/m2 （↑）
按H=H1+H2+H3计算时（每1000mm板带）：
底板自重：g=1.5×1.0×25kN/m3=37.5 kN/m2 （↓）
泵房底板底面浮力： q1=（H1+H2+H3）*10.3=（3.8+11.8+1.1）×10.3= 172 kN/m2 （↑）
底板所受荷载：q=172（↑）-37.5（↓）=134.5 kN/m2 （↑）
两种计算理论下底板荷载差：⊿q=167-134.5=32.5 kN/m2（↑）。 显然，底板计算浮力减少了32.5 kN/m2 （↑），底板弯矩和剪力也大减小，最终泵房底板厚度、配筋、泵房本体抵抗浮力的自重也将大大减小。
（2）底板平行于流道方向的配筋
循环水泵房底板整体长短边之比接近1.00，属于双向板，通常设计方案中按双向板受力方式，底板对称配置双层双向钢筋。但泵房由4个流道组成，每个流道底板的长短边之比约29/5=5.8，属于单向板（长短边之比大于等于3属于单向板），底板平行于流道方向的钢筋可按构造配筋，配筋率远远小于通常方案的配筋率。
2.循环水泵房中隔墩
（1）中隔墩闸门槽外侧墙段
中隔墩闸门槽外侧墙段竖向、水平方向钢筋，通常按内段配筋方案统一配筋。但闸门槽外侧墙段永久地浸泡于前池中，三面水头高度在任何情况下均与前池水位保持一致，受力均衡；第四面通过闸门槽与中隔墩连接成整体，闸门槽外侧墙段沿着流道方向的刚度、抗剪、抗弯强度无限大，该墙段可简化为不受任何外力作用的构造柱，竖向钢筋和箍筋均可按构造设计。
（2）闸门槽至后墙之间中隔墩
闸门槽至后墙之间中隔墩段，泵房各流道正常运行期间，中隔墩两边水位平高，两侧水压力相等，即中隔墩水平荷载为零。中隔墩最不利受力是流道排空且相邻流道处于1%高潮位、持续特大暴雨或特大海啸状况下，中隔墩受到水平方向水压力作用，上小下大，呈三角形分布。通常设计方案中，水平钢筋由底至流道顶均为同直径同间距配筋，竖向钢筋在底板面约2000m范围内适当增加配筋外，上段也为同直径同间距配筋。中隔墩竖向、水平钢筋更科学的配筋方案应按内力分布配置，即竖向和水平方向配筋均应由下往上逐渐减少或按高程分段逐段减少配置。
3.循环水泵房侧壁
循环水泵房侧壁通常设计方案为由侧壁底至流道顶相同截面相同对称配筋。其实，侧壁可简化为三边简支、一边自由的双向板，最不利受力状态为基坑回填至地面标高或流道排空阶段。基坑回填或流道排空阶段，侧壁受力处于最不利受力状态，承受巨大被动土压力，由外向内、受力上小下大，呈三角形分布，侧壁外侧受拉、内侧受压。因此，侧壁外侧竖向钢筋、水平钢筋应按内力分布配置，即由下往上竖向和水平方向钢筋均可逐渐减少，侧壁内侧钢筋应按构造配置。
4.后墙
后墙整体高、宽比约为34m/10m=3.4，是一块大型单向板，后墙厚度和配筋方案通常同侧壁。而实际情况是，在泵房结构中，后墙被泵房底板、蝶阀间底板、中隔墩、侧壁约束，转化为4幅水平方向连续、承受水平荷载的双向板。其最不利受力状态是在后墙施工完毕，外侧基坑回填至蝶阀间底板底高程而蝶阀间底板正在施工阶段。此时，每块后墙可简化为三边固定、一边自由承受水平荷载长短边双向板。后墙外侧基坑回填至蝶阀间底板底高程时，回填土高度约9m，后墙土压力计算高度约9m，远远小于侧壁约16.0m的高度。因此，与通常设计方案相比，后墙的厚度和配筋应大大减小。
三、沿海大型循环水泵房设计方案优化
根据上述对以往沿海大型循环水泵房设计方案的分析，得出沿海循環水泵房结构设计方案具有一定优化空间，实施循环水泵房结构设计科学化、精细化，对降低电力工程投资、减少不必要的资源浪费具有重要意义。因此，提议电力工程应按如下思路优化沿海循环水泵房结构设计方案。
1） 循环水泵房底板的浮力计算水头应按H=H1+H2+H3，既安全又科学合理，减小底板厚度、减少配筋、减小泵房本体抵抗浮力的自重砼工程量。
2） 中隔墩闸门槽外侧墙段应按工艺和构造要求设计，按构造配筋；闸门槽至后墙段中隔墩竖向和水平配筋应按水压力上小下大分段分别配置。
3） 侧壁外侧竖向和水平配筋应按水压力上小下大分段分别配置，内侧钢筋应按构造配置。
4） 后墙应按三边固定、一边自由，以流道宽度为宽度、以泵房底板面到蝶阀间底板的距离为高度、承受水平荷载的双向板设计，后墙靠流道一侧应按构造配筋。
参考文献：1.某海淀电厂循环水泵房结构施工图；
2.《水工混凝土结构设计规范》（SL191）。
作者资料：（本论文请在《电源技术应用》2014第7期发表）
姓名：林镇周
性别： 男
民族： 汉族
出生：1966年8月出生
籍贯：广东汕头市
学历：硕士研究生
现职称：高级工程师
工作单位：中国能建广东省电力第一工程局
研究方向：电力工程设计和施工技术
关键词：浮力；水头计算系数；水头计算高度；水压力；单向板；双向板
Abstract： By analyzing the structure and stressing features of the coastal water circulating pump house baseplate， middle division pier， side wall and backwall， this paper researches on the calculation method of buoyancy water head height which make the baseplate be more suitable for the pump house features and the internal force distribution of middle division pier， side wall and backwall. So as to probe into a more scientific and reasonable design scheme.
Keywords： buoyancy force； calculated coefficient of water head； calculated altitude of water head； water pressure； one-way slab； two-way slabs
一、沿海循環水泵房设计概况
沿海燃煤火力发电工程循环水泵房一般布置在主厂房A列前或循环水取水口后侧。2×660MW机组循环水泵房平面尺寸一般为32.5×29.5m， 由4个流道和蝶阀间组成，结构埋深约16～17m，流道顶标高一般为0.2m。泵房结构设计的主要依据是泵房工艺设计方案和《水工砼结构设计规范》（SL191）及其它相关标准。底板厚度取1500mm，侧壁、后墙、中隔墩厚度1500～1700mm。底板双层双向对称配筋，中隔墩、侧壁、后墙竖向和水平方向双向配筋。结构体型尺寸较大、配筋率较高。墙泵房主要设备包括闸门、拦污栅、旋转滤网、冲洗水泵、主泵、蝶阀。
二、沿海循环水泵房结构设计方案分析
1.底板设计方案分析
（1）底板浮力水头计算高度对厚度和配筋的影响
泵房底板结构设计参数除标准及规范的规定外主要有三个：
①多年平均高潮位；
②1%最高潮位；③水压力计算系数K（在《水工砼结构设计规范》中K=1.27）。底板平面尺寸一般根据工艺参数和结构构造确定，底板厚度和配筋主要由底板底部浮力或构造确定。
通常设计方案中，泵房底板浮力水头计算高度为：H=K（H1+H2），K=1.27。 H1—1%最高潮位，H2—平均海平面至循环水泵房底板底距离。
右上图某2×660MW沿海电厂循环泵房的部分参数。
2×660MW沿海大型循环水泵房流道拦污栅、旋转滤网槽结构上部为开口式结构，在极端不利条件（如1%高潮位、持续特大暴雨、特大海啸）下，只要海水或雨水超过流道顶，就会溢过流道顶部进入流道，直至充满流道。
在这过程中，底板所受浮力（↑）由最大逐渐减小至零，然后由零反向逐渐增加至底板自重（↓），底板受力的最不利状态仅发生在海水从流道顶部进入流道的初始瞬间，此瞬间水头高度最高，H=H1+H2+H3，H3—1%最高潮位至流道顶距离。也就是说泵房底板所受到的浮力，在任何情况下都不可能大于H=（H1+H2+H3）×10.3kN/m2。
通常情况下，H=K（H1+H2）远远大于H=H1+H2+H3，可见按H=H1+H2+H3理论计算水压力和浮力，更科学、合理，泵房底板厚度可减薄、配筋均可减小、泵房本体抗浮重量也可大大减小。
以某沿海电厂2×660MW机组循环水泵房为例，阐述沿海循环水泵房按两个理论计算的结果差异。
某沿海电厂循环水泵房地基为微风化花岗岩，初底板面积930m2、厚度为1500㎜，顶标高4.90m（黄海高程）、底板面标高-10.30 m，电厂附近海域1%高潮位为3.80m，多年平均高潮位1.36m。循环水泵房底板典型计算方法是取底板厚度1500㎜，将底板简化为连续单向板，按1%高潮位（3.8 m）计算结构受力。
H1=3.8米，
H2=10.3+1.5=11.8米，
H3=4.9-3.8=1.1米。
按H=K（H1+H2），K=1.27 计算
底板自重：g=1.5×1.0×25kN/m3=37.5 kN/m2 （↓）
泵房底板底面浮力： q1= H=K（H1+H2）*10.3=1.27（3.8+11.8）×10.3= 204 kN/m2 （↑）
底板所受荷载：q=204.1（↑）-37.5（↓）=167 kN/m2 （↑）
按H=H1+H2+H3计算时（每1000mm板带）：
底板自重：g=1.5×1.0×25kN/m3=37.5 kN/m2 （↓）
泵房底板底面浮力： q1=（H1+H2+H3）*10.3=（3.8+11.8+1.1）×10.3= 172 kN/m2 （↑）
底板所受荷载：q=172（↑）-37.5（↓）=134.5 kN/m2 （↑）
两种计算理论下底板荷载差：⊿q=167-134.5=32.5 kN/m2（↑）。 显然，底板计算浮力减少了32.5 kN/m2 （↑），底板弯矩和剪力也大减小，最终泵房底板厚度、配筋、泵房本体抵抗浮力的自重也将大大减小。
（2）底板平行于流道方向的配筋
循环水泵房底板整体长短边之比接近1.00，属于双向板，通常设计方案中按双向板受力方式，底板对称配置双层双向钢筋。但泵房由4个流道组成，每个流道底板的长短边之比约29/5=5.8，属于单向板（长短边之比大于等于3属于单向板），底板平行于流道方向的钢筋可按构造配筋，配筋率远远小于通常方案的配筋率。
2.循环水泵房中隔墩
（1）中隔墩闸门槽外侧墙段
中隔墩闸门槽外侧墙段竖向、水平方向钢筋，通常按内段配筋方案统一配筋。但闸门槽外侧墙段永久地浸泡于前池中，三面水头高度在任何情况下均与前池水位保持一致，受力均衡；第四面通过闸门槽与中隔墩连接成整体，闸门槽外侧墙段沿着流道方向的刚度、抗剪、抗弯强度无限大，该墙段可简化为不受任何外力作用的构造柱，竖向钢筋和箍筋均可按构造设计。
（2）闸门槽至后墙之间中隔墩
闸门槽至后墙之间中隔墩段，泵房各流道正常运行期间，中隔墩两边水位平高，两侧水压力相等，即中隔墩水平荷载为零。中隔墩最不利受力是流道排空且相邻流道处于1%高潮位、持续特大暴雨或特大海啸状况下，中隔墩受到水平方向水压力作用，上小下大，呈三角形分布。通常设计方案中，水平钢筋由底至流道顶均为同直径同间距配筋，竖向钢筋在底板面约2000m范围内适当增加配筋外，上段也为同直径同间距配筋。中隔墩竖向、水平钢筋更科学的配筋方案应按内力分布配置，即竖向和水平方向配筋均应由下往上逐渐减少或按高程分段逐段减少配置。
3.循环水泵房侧壁
循环水泵房侧壁通常设计方案为由侧壁底至流道顶相同截面相同对称配筋。其实，侧壁可简化为三边简支、一边自由的双向板，最不利受力状态为基坑回填至地面标高或流道排空阶段。基坑回填或流道排空阶段，侧壁受力处于最不利受力状态，承受巨大被动土压力，由外向内、受力上小下大，呈三角形分布，侧壁外侧受拉、内侧受压。因此，侧壁外侧竖向钢筋、水平钢筋应按内力分布配置，即由下往上竖向和水平方向钢筋均可逐渐减少，侧壁内侧钢筋应按构造配置。
4.后墙
后墙整体高、宽比约为34m/10m=3.4，是一块大型单向板，后墙厚度和配筋方案通常同侧壁。而实际情况是，在泵房结构中，后墙被泵房底板、蝶阀间底板、中隔墩、侧壁约束，转化为4幅水平方向连续、承受水平荷载的双向板。其最不利受力状态是在后墙施工完毕，外侧基坑回填至蝶阀间底板底高程而蝶阀间底板正在施工阶段。此时，每块后墙可简化为三边固定、一边自由承受水平荷载长短边双向板。后墙外侧基坑回填至蝶阀间底板底高程时，回填土高度约9m，后墙土压力计算高度约9m，远远小于侧壁约16.0m的高度。因此，与通常设计方案相比，后墙的厚度和配筋应大大减小。
三、沿海大型循环水泵房设计方案优化
根据上述对以往沿海大型循环水泵房设计方案的分析，得出沿海循環水泵房结构设计方案具有一定优化空间，实施循环水泵房结构设计科学化、精细化，对降低电力工程投资、减少不必要的资源浪费具有重要意义。因此，提议电力工程应按如下思路优化沿海循环水泵房结构设计方案。
1） 循环水泵房底板的浮力计算水头应按H=H1+H2+H3，既安全又科学合理，减小底板厚度、减少配筋、减小泵房本体抵抗浮力的自重砼工程量。
2） 中隔墩闸门槽外侧墙段应按工艺和构造要求设计，按构造配筋；闸门槽至后墙段中隔墩竖向和水平配筋应按水压力上小下大分段分别配置。
3） 侧壁外侧竖向和水平配筋应按水压力上小下大分段分别配置，内侧钢筋应按构造配置。
4） 后墙应按三边固定、一边自由，以流道宽度为宽度、以泵房底板面到蝶阀间底板的距离为高度、承受水平荷载的双向板设计，后墙靠流道一侧应按构造配筋。
参考文献：1.某海淀电厂循环水泵房结构施工图；
2.《水工混凝土结构设计规范》（SL191）。
作者资料：（本论文请在《电源技术应用》2014第7期发表）
姓名：林镇周
性别： 男
民族： 汉族
出生：1966年8月出生
籍贯：广东汕头市
学历：硕士研究生
现职称：高级工程师
工作单位：中国能建广东省电力第一工程局
研究方向：电力工程设计和施工技术