顧 華

中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司

1 前言

近年來(lái)，世界各國(guó)開(kāi)始研究并且建立地下式水質(zhì)凈化設(shè)施，其實(shí)正是因?yàn)榈叵率剿|(zhì)凈化設(shè)施有它的諸多優(yōu)勢(shì)。相比較傳統(tǒng)的水質(zhì)凈化設(shè)施，傳統(tǒng)方式在地面上建立，占地面積較大，而且由于許多污水的味道較大，對(duì)周圍的空氣造成一定的污染，影響了周圍居民的正常生活。相反，地下式的設(shè)施就很好地解決了以上所存在的問(wèn)題，地下不會(huì)占取地面土地，節(jié)省了地面土地，這樣地面土地可以更好地用在其他方面，其次，地下式的處理方式有封閉性好的優(yōu)點(diǎn)不會(huì)對(duì)周圍居民空氣造成影響，噪聲等方面的問(wèn)題也迎刃而解，這都是地下式的優(yōu)點(diǎn)，但是事物都是一把雙刃劍，有諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在著一些問(wèn)題，比如說(shuō)，地下的建設(shè)成本較高，后期的生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)成本也會(huì)相對(duì)較高，這些技術(shù)性上的問(wèn)題需要我們重視起來(lái)早日找到解決的良好辦法。

2 工程概況

2.1 水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地貌上屬于滇池?cái)嘞莺e盆地與邊緣山麓交接地帶，巖土體類別較多，總體上較為復(fù)雜。根據(jù)鉆探揭露，室內(nèi)外資料綜合整理，將擬建場(chǎng)地地基土層主要分為：第四系人工填土層（Qml）；第四系沖湖積黏土、有機(jī)質(zhì)黏土、圓礫層（Qal+l）；第四系坡殘積黏土（Qdl+el）；下伏基巖為寒武系龍王廟組白云巖（∈2l）。場(chǎng)地地下水埋深在0.90m～11.60m 之間，穩(wěn)定標(biāo)高1891.80m～1904.76m，且水位多處于填土中，具局部凸?fàn)?，為填土滲透性不均勻所引起。地下水類型主要為兩類：一為賦存于上部填土、黏性土中的少量上層滯水，富水性較弱；二為賦存于圓礫層中的第四系孔隙型潛水，微具承壓性；其主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水及地表水（相互補(bǔ)給，旱季為地表水補(bǔ)給地下水，雨季則為地下水補(bǔ)給地表水），無(wú)明顯流向。場(chǎng)地地表水及地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性，地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及外露鋼結(jié)構(gòu)有微腐蝕性。

2.2 結(jié)構(gòu)概況

本工程水質(zhì)凈化設(shè)施一、二期極限脫磷工程（10萬(wàn)m3∕d），極限除磷間采用地下式方式建設(shè)，地面綠化。地下除磷間地下箱體直角呈梯形布置，直角長(zhǎng)邊約123.5m，直角短邊長(zhǎng)64.6m，直角最短邊12.2m。通過(guò)綜合管廊、車道與普照水質(zhì)凈化廠地下處理區(qū)聯(lián)通。普照極限脫磷工程與普照調(diào)蓄池工程合建。分為地下2 層，地下負(fù)一層為除磷間，地下負(fù)二層為調(diào)蓄池，地面覆土2.0m。箱體大部分深度18.2m，局部19.0m。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)布置

主要由基礎(chǔ)底板、中層頂板、屋面板和外墻組成。其中基礎(chǔ)底板采用梁板式筏板基礎(chǔ)；中層板作為除磷間底板，采用主次梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆樓蓋；屋面板為景觀區(qū)，采用梁板結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆樓蓋；外墻為鋼筋混凝土擋土墻。通過(guò)概念設(shè)計(jì)和定性分析，樓蓋結(jié)構(gòu)屋面設(shè)置橫向主梁，負(fù)一層主梁梁截面尺寸主要為500mm×1200mm，次梁梁截面尺寸主要為400mm×1000mm。頂層主梁梁截面尺寸主要為700mm×1500mm，次梁梁截面尺寸主要為400mm×1000mm。柱截面采用800mm×800mm，并增設(shè)混凝土墻傳遞較大的豎向荷載利于柱軸壓比控制，加強(qiáng)橫向土側(cè)壓力的傳遞。底板厚1000mm，外墻主要截面厚度為800mm。

3.2 荷載設(shè)計(jì)

屋面覆土厚度為2.0m，并種植灌木，本工程取屋面荷載q恒=45kN∕m2，q活=5kN∕m2；管廊作為日常進(jìn)出和設(shè)備安裝維修通道，需要考慮行車荷載，同時(shí)作為消防通道，需考慮消防車荷載，本工程取消防車荷載3OkN∕m2；由于屋面荷載較大，結(jié)構(gòu)異形，柱距為滿足使用要求較大，最大柱距達(dá)到14.0m。

3.3 抗浮設(shè)計(jì)

抗浮設(shè)計(jì)對(duì)工程投資影響較大，同時(shí)也關(guān)系到地下結(jié)構(gòu)安全的重大問(wèn)題，合理選擇地下室埋深和抗浮水位的關(guān)系較為重要。地下結(jié)構(gòu)抗浮水位是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，場(chǎng)地土層差異性，場(chǎng)地地下水復(fù)雜多變性，給地下室抗浮水位的確定帶來(lái)了較大困難，但抗浮水位又是地下室抗浮設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參數(shù)。本工程周邊緊鄰河道且存在透水層，應(yīng)按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的最高洪水位來(lái)確定其抗浮水位，以確保設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)可能出現(xiàn)的最不利情況地下水質(zhì)凈化處理設(shè)施結(jié)構(gòu)安全，抗浮設(shè)計(jì)水位取值為河道50 年一遇最高洪水位:1900.30m 進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算本工程浮力為857300kN，抗浮力為571660kN，自重抗浮不能滿足要求，需增加抗浮措施。地下構(gòu)筑物永久性構(gòu)造的抗浮措施一般有以下幾種：增加池體厚度以增加結(jié)構(gòu)重量；利用底板外伸部分增加回填土的重量；采用抗浮樁（錨桿）措施等。增加池體厚度以增加結(jié)構(gòu)重量和利用底板外伸部分增加回填土的重量一般用于抗浮重量與浮力相差不大時(shí)采用，由于本工程抗浮力與浮力相差較大，抗浮措施采用抗浮樁的方式，通過(guò)多方案比選抗浮樁采用旋挖鉆孔灌注樁的方式，樁徑0.8m。本工程緊鄰河道，最大埋深達(dá)到19.0m，為避免在施工過(guò)程形成“腳盆”效應(yīng)，基坑成為“大腳盆”，地下部分形成“小腳盆”，基坑內(nèi)停止降水時(shí)間為“主體結(jié)構(gòu)完成并完成頂板填土”。

抗浮設(shè)計(jì)中要提前計(jì)算好抗浮樁的數(shù)量，抗浮樁分為了兩種形式，一種是利用自身重量，通過(guò)結(jié)構(gòu)自重來(lái)進(jìn)行抗浮，另外一種是純底板區(qū)域內(nèi)的抗浮樁，兩種不同的形式，產(chǎn)生的抗浮效果不盡相同，而且產(chǎn)生抗浮的形式不同，因此，計(jì)算抗浮樁分?jǐn)?shù)量時(shí)，計(jì)算方法也不同。我們需要分別計(jì)算出抗浮樁影響區(qū)域?qū)挾群涂垢队绊懨娣e，然后依據(jù)地下式水質(zhì)凈化設(shè)施的整體結(jié)構(gòu)重量和面積來(lái)得出抗浮樁分?jǐn)?shù)量。確保抗浮樁分?jǐn)?shù)量在國(guó)家規(guī)定范圍內(nèi)的正常區(qū)域數(shù)據(jù)以保證地下式水質(zhì)凈化設(shè)施的良好抗浮效果，進(jìn)而保證整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。本地下式水質(zhì)凈化設(shè)施采用點(diǎn)式布置，提前計(jì)算了梁柱墻的相應(yīng)受力情況，包括各個(gè)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)數(shù)據(jù)。確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗浮作用。

3.4 抗?jié)B設(shè)計(jì)

本工程采用C40 防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8，控制鋼筋混凝土構(gòu)筑物表面滲水量，滲水量按池壁和底板面積總計(jì)，不得超過(guò) 2（L∕m2·d）。

3.5 構(gòu)造措施

（1）為了滿足大型水處理構(gòu)筑物的工藝要求，提高混凝土的防滲抗裂性能，既保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性又減少水滲漏的可能性。由于結(jié)構(gòu)的跨度較大，直接造成了混凝土結(jié)構(gòu)跨度過(guò)大，從而產(chǎn)生了諸多的隱患，而且會(huì)造成混凝土開(kāi)裂等危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。究其原因，最重要的就是因?yàn)榻ㄖ牧匣炷恋木壒?。眾所周知混凝土材料是近代以?lái)我們使用最多也是最方便的一種建筑材料?；炷敛牧系奶厥庑栽斐闪怂菀自谀糖捌谛纬砷_(kāi)裂。接下來(lái)就地下式水質(zhì)凈化設(shè)施結(jié)構(gòu)分析我們結(jié)構(gòu)混凝土開(kāi)裂的原因，原因有兩個(gè)方面，一方面是我們上文提到的混凝土前期的材料問(wèn)題，攪拌不均勻或者混凝土配比未按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配比，造成了前期易開(kāi)裂的問(wèn)題。另一方面，是混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)的問(wèn)題，不同的地理位置，不同的當(dāng)?shù)貧鉁囟紩?huì)對(duì)混凝土材料造成影響，因此一定要在建筑后的混凝土養(yǎng)護(hù)上做到精細(xì)認(rèn)真。還有一個(gè)方面是承重問(wèn)題，可能承重未滿足設(shè)計(jì)要求，造成了稱重上的過(guò)負(fù)荷，結(jié)果產(chǎn)生了變形進(jìn)而產(chǎn)生了開(kāi)裂現(xiàn)象。這就要求在設(shè)計(jì)階段，嚴(yán)格計(jì)算結(jié)構(gòu)的承重問(wèn)題，尤其需要注意的是鋼筋骨架，配比相應(yīng)的鋼筋數(shù)量，從而也能在受力上滿足強(qiáng)度問(wèn)題，避免混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。

（2）本工程結(jié)構(gòu)異形，最大長(zhǎng)度達(dá)到123.5m，由于長(zhǎng)度超過(guò)了正常的范圍，已經(jīng)要用特殊結(jié)構(gòu)的角度在考慮受力問(wèn)題，因?yàn)殚L(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的各個(gè)位置受力很難均勻，牽一發(fā)而動(dòng)全身，一處受力不均勻就會(huì)給整個(gè)結(jié)構(gòu)造成消極的影響。因此，我們要采取一定的措施，比如說(shuō)，在混凝土結(jié)構(gòu)中配比相應(yīng)的縱向鋼筋，以增加拉應(yīng)力。另一方面，可以在定段內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的變形縫，以保證受力不均勻時(shí)不至于影響到其他位置而產(chǎn)生裂縫。這樣可以防止天氣溫度變化和后期結(jié)構(gòu)使用中的變形問(wèn)題。膨脹加強(qiáng)帶寬度2.0m，后澆期28 天，采用添加微量膨脹劑的混凝土澆灌。

（3）在混凝土中摻加復(fù)合防水劑提高混凝土的抗?jié)B能力和減少混凝土早期收縮應(yīng)力，改善混凝土抗?jié)B、抗裂性能，提高混凝土適應(yīng)溫度變化的能力。

3.6 構(gòu)筑物防腐蝕

根據(jù)地勘資料，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)或鋼管道具弱腐蝕性。本工程對(duì)構(gòu)筑物采取以下防腐蝕措施。

2.6.1 混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕措施

適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度；構(gòu)筑物外壁面與土壤接觸部分，刷冷底子油和熱瀝青各一遍。

2.6.2 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施

鋼柱柱腳置于混凝土基礎(chǔ)上，經(jīng)常用水清理沖洗地面的，基礎(chǔ)頂面高出地面300mm；鋼材表面原始銹蝕等級(jí)不應(yīng)低于B級(jí)，所有的鋼構(gòu)件表面均應(yīng)進(jìn)行噴砂或拋丸除銹。達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB∕T 8923.1—2011）規(guī)定的Sa2.5 級(jí)，手動(dòng)機(jī)械除銹應(yīng)達(dá)到St3 級(jí)，表面粗糙度Rz40-70μm，表面處理好三小時(shí)內(nèi)應(yīng)進(jìn)行防腐施工；鋼構(gòu)件外表面鋼構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行防腐防火涂裝，采用冷噴鋅防腐技術(shù)，冷噴鋅兩道（膜厚不小于80μm）加冷噴鋅封閉劑兩道（膜厚不小于100μm）加薄涂型露天用防火涂料加白色改性氟碳面漆兩道（膜厚度70μm）。

3.7 結(jié)構(gòu)消防設(shè)計(jì)

（1）構(gòu)件截面尺寸：墻厚度不小于200mm，耐火極限大于3.5h；框架柱采用截面不小于500mm×500mm 現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱，耐火極限大于5.0h；梁鋼筋保護(hù)層厚度為20mm，耐火極限為2.0h；結(jié)構(gòu)板板厚最小為100mm，鋼筋保護(hù)層厚度為15mm，耐火極限不小于2h。

（2）疏散樓梯部分構(gòu)件截面尺寸：梯柱采用截面不小于200mm×500mm，現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱，耐火極限不小于3.0h；梁鋼筋保護(hù)層厚度為20mm，耐火極限不小于2.0h；樓梯結(jié)構(gòu)板厚不小于100mm，鋼筋保護(hù)層厚度為15mm，耐火極限不小于1.5h。

（3）填充墻均為非承重墻體，采用不小于150mm 厚加氣混凝土砌塊耐火極限不小于2h。

4 結(jié)語(yǔ)

大型地下式水質(zhì)凈化設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于抗浮方案的選擇及柱距、墻距的設(shè)置較為重要，合理增加墻體可減少柱軸壓比，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。才能夠保證地下式水質(zhì)凈化設(shè)施安全、合理的建設(shè)及運(yùn)行。