某排水虹吸井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

[摘要]虹吸井屬于核電廠排水冷卻系統(tǒng)中的一個(gè)重要構(gòu)筑物，由于工藝要求虹吸效應(yīng)及內(nèi)部排水空間導(dǎo)致其埋深較大，且內(nèi)部較空曠。本文對(duì)虹吸井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步剖析，為相關(guān)核電廠類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考

[關(guān)鍵詞]核電廠；虹吸井；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、概述

該構(gòu)筑物為某核電廠排水序列重要節(jié)點(diǎn)。（詳見(jiàn)圖1.1）平面尺寸約387m×405m，中間設(shè)隔墻，兩排水序列各自獨(dú)立。進(jìn)水端板底標(biāo)高-26.500m，出水端板底標(biāo)高-19.800m，交接處設(shè)約5m高溢流堰。中間-9.500～-6.500標(biāo)高設(shè)3m×685m中間夾層為配水渠，承接雨水及廢液。虹吸井可保證上游不斷流。形成虹吸效應(yīng)。除夾層和中間隔墻外，內(nèi)部不允許設(shè)較多支撐；此外，前后端墻體4×φ4.8m洞與2×φ6.5m洞，更是增大了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。

2、荷載及荷載組合

虹吸井埋于地下，主要考慮土壓力、水壓力、頂板活荷、地面堆載及地震荷載等，除自重外均作為活荷計(jì)算。荷載編號(hào)詳見(jiàn)表2.1。荷載參照相關(guān)規(guī)范[1][2][3]進(jìn)行組合，詳見(jiàn)表2.2～2.3。

3、建模計(jì)算

建模采用“理正復(fù)雜水池結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件（30版）。按頂板、中間層、底板分層輸入，自動(dòng)分塊編號(hào)計(jì)算，結(jié)果分塊輸出。應(yīng)注意開(kāi)洞定位及挑板的建立。前者因引起應(yīng)力集中對(duì)配筋有較大影響，后者則影響抗浮計(jì)算不應(yīng)簡(jiǎn)化。模型詳見(jiàn)圖3.1。

4、計(jì)算結(jié)果

4.1基礎(chǔ)承載力與抗浮的計(jì)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算，基底控制壓力269kPa，邊角處最大基底壓應(yīng)力348Pa。地基經(jīng)過(guò)修正后fa=1821.20kPa遠(yuǎn)大于控制壓應(yīng)力，地基承載力滿足需求。對(duì)于較為空曠的地下構(gòu)筑物，抗浮很多時(shí)候處于控制地位。個(gè)別情況下若內(nèi)部有撐柱還要關(guān)注底板或者撐柱所連接頂板的局部抗浮。常有大型地下車庫(kù)局部抗浮驗(yàn)算不足，底板或頂板被頂裂。此構(gòu)筑物由于內(nèi)部無(wú)撐柱，主要驗(yàn)算整體抗浮。經(jīng)計(jì)算，總荷載519751.20kN、浮力408446.09kN，安全系數(shù)1.273>1.100，滿足要求。

4.2重點(diǎn)部位配筋分析

底板連帶挑板共分割為28個(gè)塊，其中主體底板被平面中間隔墻和進(jìn)水、出水不同標(biāo)高分割為4大塊。對(duì)-26.500m標(biāo)高處編號(hào)為1、3的兩塊主體部分底板（厚度2.5m），板每延米配筋（下文墻板配筋量均為每延米數(shù)值）計(jì)算面積集中在5000～6125mm2.而對(duì)于-19.8m標(biāo)高處編號(hào)為2、4的兩塊主體部分底板（厚度1.8m）每延米配筋計(jì)算面積集中在3600～4410mm2。由此可見(jiàn)近7m的高差對(duì)底板受力造成了較大影響，底板由1.8m到2.5m增厚近50%仍不足以抵消荷載增大帶來(lái)的影響。配筋時(shí)應(yīng)充分考慮荷載增加情況。

墻體主要分為進(jìn)水端墻、出水端墻、側(cè)墻、內(nèi)側(cè)分隔墻等各部分。其中側(cè)墻又因不同底板深度劃分為較深側(cè)墻與較淺側(cè)墻。對(duì)于內(nèi)側(cè)分割墻（墻厚1.5m），較深處與較淺處配筋基本都為3000mm2左右，此墻體主要受內(nèi)部水壓，結(jié)構(gòu)計(jì)算富裕程度較大。出水端墻墻厚1.2m，配筋在3700～5500mm2左右，而進(jìn)水端墻厚1.8m，配筋7500～8500mm2。除兩者埋深-24m與-18m埋深不同外，進(jìn)水端墻底部所開(kāi)四個(gè)4.8m直徑的進(jìn)水洞口占到該墻體底部面積的40%，對(duì)其受力形式與傳力路徑有較大影響。較深側(cè)墻（厚度2m）配筋量基本在4000mm2，而在與進(jìn)水端墻交接處配筋量陡增至7000mm2，說(shuō)明進(jìn)水端墻開(kāi)洞面積較大，復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)通過(guò)兩墻體交接處進(jìn)行了傳遞。遠(yuǎn)離進(jìn)水端墻處設(shè)置有三個(gè)扶壁柱，顯著降低了墻體配筋量。較淺側(cè)墻（厚度1.2m）配筋則集中在3000～4500mm2，結(jié)構(gòu)裕量較大。

由各部位配筋分析可見(jiàn)最不利的位置為進(jìn)水端墻，原因在于開(kāi)洞面積近一半，且位置處于墻體底部嵌固部位，造成應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，且影響到了與之交接的較深側(cè)墻端部。出水端墻雖也有類似開(kāi)洞，但面積較小受力狀況要好很多。較深側(cè)墻處設(shè)置的三個(gè)扶壁柱顯著改善了其受力性能，起到了一定的加勁效果。

結(jié)語(yǔ)：

虹吸井結(jié)構(gòu)內(nèi)部空曠，應(yīng)特別關(guān)注埋深較深擋土側(cè)墻的承載力驗(yàn)算，最好設(shè)置內(nèi)部橫撐梁與側(cè)墻扶壁柱改善受力狀態(tài)。淺側(cè)由于內(nèi)部夾層的支撐效果，擋土側(cè)墻受力情況不突出，結(jié)構(gòu)性能較好。進(jìn)水處端墻開(kāi)洞面積大、且位置位于底部嵌固處，橫向支撐墻體間距將近20m，受力狀態(tài)復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)計(jì)算謝十中應(yīng)給予特別關(guān)注。在大洞口周圍應(yīng)通過(guò)設(shè)置暗梁、暗柱、加強(qiáng)構(gòu)造配筋等方式保證結(jié)構(gòu)墻體安全。如工期允許，可采用大型通用有限元軟件建立整體模型，詳細(xì)分析此墻體受力、變形狀態(tài)，重點(diǎn)加強(qiáng)薄弱部位。在保證結(jié)構(gòu)安全前提下，盡量?jī)?yōu)化配筋狀態(tài)。