疊合式水池在東江引水工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

【摘要】結(jié)合東江引水工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置、計(jì)算分析等方面論述了疊合式水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究，并提出了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施與施工注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】疊合;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);絮凝沉淀清水池

1、工程概況

東江引水工程包括東江水廠廠區(qū)工程、輸水系統(tǒng)工程及相應(yīng)配套附屬工程。一期（已于2017年竣工并投產(chǎn)使用）設(shè)計(jì)規(guī)模為30×104m3/d，二期（建設(shè)中）設(shè)計(jì)規(guī)模為70×104m3/d，總供水規(guī)模為100×104m3/d，供往郴州市區(qū)、資興市、桂陽(yáng)縣三地。

東江水廠位于資興市星紅村焦塘組。該廠址東邊為一條連接S322公路與焦塘組交通的鄉(xiāng)村公路?？傉鞯孛娣e為190703m2（合286.05畝），其中廠區(qū)征地185577m2（合283.06畝），進(jìn)廠道路征地面積5126m2（合7.69畝）。本工程以東江水庫(kù)為水源地，采用絮凝池+平流沉淀池+氣水反沖洗砂濾池+清水池的常規(guī)水處理工藝。

本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）和《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）抗震設(shè)防烈度6度（0.05g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為II 類(lèi)，設(shè)計(jì)特征周期取0.35s，抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，抗震措施按7度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，根據(jù)地勘報(bào)告，采用整板基礎(chǔ)，地基持力層主要為粉質(zhì)粘土層、粉質(zhì)粘土夾塊石層和破碎灰?guī)r層，地基承載力特征值分別為240kPa、260kPa和600kPa。

3、結(jié)構(gòu)布置

該池體為上層絮凝反應(yīng)+沉淀池，下層疊合清水池，全池平面內(nèi)空尺寸長(zhǎng)×寬為174.65×19.15m，池壁總高度9m，其中絮凝反應(yīng)池池深5.75m，沉淀池池深3.5m，清水池池深5.5m，結(jié)構(gòu)型式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于池體長(zhǎng)度方向較長(zhǎng)，在池體長(zhǎng)度方向設(shè)六道伸縮縫（每隔25米左右設(shè)一道），縫寬30mm，縫內(nèi)設(shè)橡膠止水帶。

水池外池墻厚350mm，內(nèi)部導(dǎo)流墻厚250mm，上層沉淀池底板板厚350mm，下層清水池底板板厚450mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

沉淀池平面圖、清水池平面圖及1-1剖面圖分別見(jiàn)圖1、圖2及圖3。

圖1沉淀池平面圖

圖2? 清水池平面圖

圖31-1剖面圖

4、計(jì)算分析

4.1 計(jì)算模型

（1）上層沉淀池按單層水池計(jì)算，池壁按上端自由，下端固定取單位寬度截條按單向板進(jìn)行計(jì)算，池壁固端力作為外荷載傳遞給下層清水池。

（2）下層清水池池壁作為上部水池的支撐墻，可截取截條，按多跨框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）上層沉淀池底板除了按受彎構(gòu)件進(jìn)行受彎承載力驗(yàn)算外，還應(yīng)按壓彎和壓彎構(gòu)件進(jìn)行配筋復(fù)核。其中，在上、下層水池均滿(mǎn)水池時(shí)，該板所受拉力為最大;在上、下層均放空，池外有土壓時(shí)，該板所受壓力為最大。

（4）下層清水池底板分工況按多跨連續(xù)板取截條進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。本文由于篇幅所限，在此不做描述。

根據(jù)本工程水池特點(diǎn)及外部條件，進(jìn)行不利荷載組合，有如下幾種工況：①上、下層均為滿(mǎn)水;②上層滿(mǎn)水，下層空;③上層放空，下層滿(mǎn)水;④上、下層均放空，池外有土壓。

本文由于篇幅所限，僅以工況①上、下層均為滿(mǎn)水進(jìn)行舉例說(shuō)明。圖4～圖6為理正工具箱程序計(jì)算結(jié)果。

圖4計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖5? 彎矩圖（單位：kN*m）

圖6軸力圖（單位：kN）

4.2結(jié)果分析

從以上結(jié)算結(jié)果可以看出，水池池壁和上、下層底板互為支撐，池壁和底板內(nèi)力均不大，可以認(rèn)為是較為經(jīng)濟(jì)合理的。

4.3 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施及施工注意事項(xiàng)

（1）加強(qiáng)措施：節(jié)點(diǎn)處加設(shè)腋角

為了防止節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)應(yīng)力集中，改善其受力狀態(tài)，期望其達(dá)到計(jì)算時(shí)假定的力學(xué)模型，在池墻水平轉(zhuǎn)角處，頂（底）板與池墻節(jié)點(diǎn)處采取加腋角的構(gòu)造措施。

（2）施工注意事項(xiàng)

本工程涉及到的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程有：搭設(shè)高度≥5m、施工總荷載大于10kN/m2的混凝土模板的滿(mǎn)堂支撐體系;施工單位應(yīng)編制危大工程專(zhuān)項(xiàng)施工方案。

結(jié)論：

本工程疊合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于以往的工程經(jīng)驗(yàn)，清晰的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)思路。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，該工程設(shè)計(jì)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的。該設(shè)計(jì)理念不僅節(jié)約了大量的工程用地，而且很大程度上減少了地基處理的費(fèi)用，施工也較為便利。擁有這一系列的優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)到的是，疊合式設(shè)計(jì)理念在未來(lái)的水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)得到更加廣泛的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

王章化，男，工程師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。