摘要：粗格柵提升泵房是污水處理廠、自來水廠進(jìn)行水處理的重要構(gòu)筑物，因工藝處理進(jìn)水要求，其池體深度一般較大，可達(dá)10～15m，在結(jié)構(gòu)計(jì)算和施工中需要選用安全經(jīng)濟(jì)適用的計(jì)算模型和施工方法，避免產(chǎn)生安全問題和施工難點(diǎn)。文章簡(jiǎn)要介紹湖南長沙暮云污水處理及尾水中水回用工程粗格柵提升泵房的結(jié)構(gòu)計(jì)算，為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵字：粗格柵提升泵房，彈性地基梁，擋水墻

1.工程概況及地質(zhì)水文條件

污水處理廠位于長沙市暮云鎮(zhèn)，地處湘江下游河谷右岸，場(chǎng)地內(nèi)分布的地層主要有植物層、第四系新近沖積層、第四系沖積層和殘積層，下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖等。按從上至下的順序，現(xiàn)將各地層巖性特征描述為：

第①層植物層：系地表土，由灰褐色粘性土夾大量植物根莖組成，很濕，軟塑～可塑狀態(tài)，層厚0.30～1.20m。

第②層淤泥：灰黑色，飽和～很濕，流塑狀態(tài)，其干強(qiáng)度高，韌性中等，層厚0.60～2.50m。

第③層粉質(zhì)粘土：黃褐、褐黃色，硬塑～可塑狀態(tài)，其干強(qiáng)度及韌性中等，層厚5.40～11.20m。

第④層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰黑色，很濕，軟塑狀態(tài)，其干強(qiáng)度高，韌性中等，層厚0.30～2.80m。

擬建場(chǎng)地內(nèi)地下水類型主要為上層滯水及潛水兩種，上層滯水穩(wěn)定水位標(biāo)高31.14～35.05m，潛水穩(wěn)定水位標(biāo)高22.94～29.22m。

2.池壁結(jié)類型選擇及計(jì)算

粗格柵及提升泵房設(shè)計(jì)地坪絕對(duì)標(biāo)高為35.80m，形狀呈多邊形，其最大尺寸為33.8×11.7m，最大深度為12.03m（其中地上0.3m，地下12.0m），結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋置深度為13.33m，對(duì)地基沉降敏感。

2.1.選用普通擋水墻結(jié)構(gòu)

池壁深度較大（最深處12.03m），選用懸臂式擋水墻，取最不利荷載為池外有土、池內(nèi)無水工況，池壁上在土側(cè)向壓力作用下受梯形荷載，設(shè)計(jì)值pa=1.27×12.03×（10+0.49×10）=228.8kN/m（標(biāo)準(zhǔn)值pak=179.7kN/m）。取單位池壁寬，視其為懸臂梁，則其底部最大彎矩M=228.8×12.032/2=16656 kN·m。假設(shè)混凝土受壓區(qū)高度為界限受壓區(qū)高度0.55，并取池壁配筋率為ρ=1.0%，則由M1=fyAs（h-as-as’）和As=ρbh，可得h=2151mm。可知如此大的彎矩，單靠加厚池壁是不經(jīng)濟(jì)的，鋼筋和混凝土的用量都非常大，工程造價(jià)極高，而且會(huì)增大混凝土的收縮、放熱問題，增加施工難度、帶來施工的不便。

2.2.帶扶壁柱的擋水墻

池壁高H=11.75m，扶壁間距B=3.5m。B/H<0.5，底部H3=2B=7.0m部分按雙向板計(jì)算，H3=2B處視為自由端；上部H4=4.75m部分按支撐于扶壁上的單向連續(xù)板計(jì)算。

q2=q1= pa+ 1.27×[r′H4Ka+rwH4]=96.74KN/m2

q3= pa+ 1.27×[r′H1Ka+rwH1]= 228.83KN/m2

在均布荷載q2=96.74KN/m2 作用下內(nèi)力，查《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.2.3-7得，（lx/ly=0.5）

M1xmax0=-0.08888×96.74×3.52=-105.33KN·m/m

M1y0=-0.05689×96.74×3.52=-67.42KN·m/m

在三角形荷載q3-q2=228.83-96.74KN/m2 =132.09 KN/m2（104.3KN/m2）作用下內(nèi)力，查《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.2.3-24得，（lx/ly=0.5）

M1xmax0=-0.04982×132.09×3.52=-80.84KN·m/m

M1y0=-0.04581×132. 09×3.52=-74.33KN·m/m

總內(nèi)力：Mxmax0=-105.33-80.84=-186.17KN·m/m

My0=-67.42-74.33=-141.75KN·m/m

和2.1中計(jì)算所得彎矩M1=16656 kN·m有了極大的降低，經(jīng)過試算，池壁厚度取600mm、配筋率ρ=0.32%；扶壁柱截面取800×2000mm，配筋率ρ=0.92%。經(jīng)對(duì)比，可比2.1中普通擋水墻結(jié)構(gòu)節(jié)省造價(jià)45%左右，施工也較方便和簡(jiǎn)單，同時(shí)池壁穩(wěn)定性也得到了極大的提高。

綜合2.1和2.2中計(jì)算和對(duì)比，可知選擇加扶壁柱的擋水墻結(jié)構(gòu)更適合較深池體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工。

3.大跨度底板計(jì)算

池體內(nèi)滿水時(shí)重力荷載較大，且池壁間距大（最大處為20.46m），對(duì)底板的支撐和約束比較弱，同時(shí)當(dāng)?shù)氐叵滤惠^高，汛期時(shí)水位可達(dá)場(chǎng)地地坪標(biāo)高，考慮到底板抗浮問題，故底板厚度需取1300mm，底板坐于○4 層圓礫上。底板下的地基將按平面變形條件工作，采用彈性地基梁算法，取單位截條計(jì)算。

頂板、屋面板梁柱墻體、覆土等重共計(jì)1.2×7711=9253KN，平均到單位長度池壁則為9253/（2×20.46+2×10.6）=149.0KN/m。邊池壁荷載為p1=1.2×25×0.6×12.03×1.0+149.0=365.54KN/m，邊池壁在土側(cè)壓力作用下底端彎矩值m1=-141.75 KN·m，底板自重q1=25×1.3×1.2=39KN/m2，截條的柔度系數(shù)t=10 × =10× × =4.06。

截條的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：

用彈性地基梁算法計(jì)算，查《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.2.5-30、2.2.5-48、2.2.5-69，可知Mmax=-670.22 KN·m。底板厚取1300mm，則配筋率取ρ=0.22%即可滿足要求。

4.施工

粗格柵及提升泵房埋深較大，宜選用沉井的施工方法進(jìn)行施工。結(jié)合沉井設(shè)計(jì)井壁形式，采取分3次制作，2次下沉。因土層中有軟弱的淤泥質(zhì)粉質(zhì)軟土，需要注意突沉問題，施工時(shí)需要對(duì)沉井下沉進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算和對(duì)沉井下部支撐力的驗(yàn)算。同時(shí)在施工過程中需注意加強(qiáng)對(duì)沉井位移傾斜的控制以及地基土中的降水控制，避免池體傾斜過大和施工不便。

5.結(jié)語

長沙暮云污水處理及尾水中水回用工程現(xiàn)已在建設(shè)中，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析以及結(jié)合其他類似工程經(jīng)驗(yàn)，采用帶扶壁柱的擋水墻結(jié)構(gòu)能夠滿足大深度池體的受力要求，其經(jīng)濟(jì)性較好，施工難度小，可以作為同類工程的參考。

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