鄭富春
(深圳市水務規(guī)劃設計院股份有限公司,廣東 深圳 518000)
為了確保西麗水庫的入庫水質達標,廣東省深圳市南山區(qū)規(guī)劃實施了建成區(qū)徑流調蓄轉輸出庫的工程措施,項目區(qū)域包括白芒村、大磡村、麻磡村及王京坑村,大磡河流域水環(huán)境綜合治理工程(徑流調蓄轉輸工程)就是以上工程的組成部分。實施工程位于大磡河河口左岸的調蓄池,現(xiàn)場與大磡商業(yè)街毗鄰。調蓄容積8萬m3,占地17620m2。調蓄池占地區(qū)域內平均高程為40.70m,調蓄池基坑開挖深度為23.00-21.50m,基坑底部標高為18.90-20.80m[1]。
1.1.1 頂板荷載分析
回填土可取取調蓄池頂綠化部分最不利處,容重取值17N/m2,取覆土最大深度為2.00m,池頂高程38.70m。由此獲得土壓力荷載密度標準值為:2.50×17=42.50kN/m2。
1.1.2 調蓄池頂部水荷載
根據(jù)工程勘察報告所述,調蓄池設防水位為地面高程-0.50m,即40.70-0.50m=40.20m。
1.1.3 汽車及人群荷載部分
調蓄池上方可遵循《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012設定汽車荷載的標準值為20kN/m2,中間層設定汽車(消防車)荷載標準值為20kN/m2,人群荷載設定標準值為3.50kN/m2。
鋼筋混凝土屋蓋、鋼筋混凝土樓蓋以及樓梯撓度限值≤ l0/200(l0<7m),式中 l0代表構件的計算跨度。
因為調蓄池屬于地下結構,接觸的地下水具備輕度化學腐蝕性,歸為三類環(huán)境類別,鋼筋混凝土結構在施工時期的荷載作用下裂縫寬度最大限值為ωmax≤ 0.25mm。
2.1.1 混凝土
調蓄池框架結構上部和構筑物結構上部皆為混凝土構件,梁、樓板、柱、池壁、底板等均采用C35混凝土;墊層采用C15,抗?jié)B等級S8。
2.1.2 鋼筋及鋼材
采用的型鋼規(guī)格為HPB300、HRB400,鋼板型號為Q235。
2.2.1 整體
調蓄池的兩層結構均埋藏于地下。其結構為鋼筋混凝土的梯形箱體。池體長度為127.50m,寬度為97.50m,調蓄池底高程為20.00-21.80m,池頂部高程為37.80m,地面高程設定為40-42m。
2.2.2 頂板及柱網(wǎng)
頂板和底板都是鋼筋混凝土結構,采用立柱支撐頂板,頂板由網(wǎng)格主梁和次梁構成,立柱的支撐點就是網(wǎng)格主梁的交叉點,調蓄池柱網(wǎng)的布置要根據(jù)工藝特點進行,確保立柱的間距等同于最佳的經濟柱距。立柱規(guī)格設定為1m×1m,上面的次梁設置在相鄰兩根主梁中間??梢愿鶕?jù)6m×6m間距布置頂板網(wǎng)格主、次梁,設定主梁寬0.50m、高1m,次梁寬為0.40m、高0.80m。在高程的28.35m處布設一層拉梁,起到連接框架柱的作用,拉梁的寬和高為0.50m×1.00m。設定頂板厚度為0.30m。調蓄池上面覆蓋1.50-2.50m的土,同時根據(jù)施工特點進行周邊綠化處理。
2.2.3 側壁
2.2.4 底板
相關建筑物的框架結構也是鋼筋混凝土,基礎為鋼筋混凝土筏板。調蓄池底板厚度可以按照受力計算和抗沖切計算獲得,本設計初定底板厚度1.30-2.00m。
2.3.1 頂板及柱網(wǎng)計算
可以實施建模計算,采用盈建科YJKS1.9.3軟件。頂板主梁和次梁的間距布置根據(jù)6m×6m進行,立柱為1m×1m的尺寸,設定頂板厚度為0.30m。主梁的寬和高分別為0.50m和1.00m,次梁的寬和高分別為0.40m和0.80m,調蓄池上部覆土1.50-2.50m。通過軟件進行結構尺寸和配筋的計算,完全可以滿足設計要求。計算模型見圖1。
圖1 調蓄池整體結構計算模型
2.3.2 側壁計算
可以利用單構件建模的形式計算側墻,計算軟件可以選擇理正結構設計工具箱6.50PB2。側墻厚度為1.30-2.00m,總高度為18.10m。通過該軟件進行側墻的計算,完全符合設計要求。
2.3.3 底板計算
改革開放40周年,讓我們停下腳步來重新審視過去取得的成就,然后,帶著前人的智慧與堅持,加快邁向未來的步伐。
建模計算底板的軟件為盈建科YJKS1.9.3。設定底板厚度為1.30-2.00m。通過該軟件計算底板尺寸和配筋,完全可以符合規(guī)范要求。詳情可見圖2。
圖2 調蓄池整體內力云圖
2.3.4 地基計算
通過調蓄池的總體計算和單元分析計算,綜合了池中水滿、地下水位已經超過底板上1.50m、上面的人行和車行產生的荷載等不利的情況下,求得地基應力最大值為244kPa。并且地基所處的地質條件為中風化花崗巖上段、強風化花崗巖下段、微風化花崗巖中,該計算取最小承載力特征值為500kPa,所以,天然地基地承載力完全能夠符合調蓄池地基的要求[2]。
基于調蓄池地下結構是整體空箱,浮力作用會影響其實際運行,本計算采取在最不利的情況下實施抗浮驗算,最不利的情況為:地面以下2.50m以下是地下水位、池內沒有水,上部沒有車輛和行人荷載,計算公式如下:
(1)
式中:G為水池結構自重標準值,kN;F為頂板上部覆土重量和底板外延覆土重標準值,kN;W為地下水浮力標準值,kN;ηfw為浮托力折減系數(shù);K為抗浮的安全系數(shù)。
2.3.5 局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計算
Kf=q/rwHC
(2)
式中:Kf為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù),取1.05;q為底板上單位面積的重量,kN;H為底板上面地下水位高度,kN;rw為水容重,取10kN/m3;C為滲透折減系數(shù),取值為1;自重及壓重之和Gk(kN)為1702669.50;浮力作用值為2107215.00;Gk/Nw,k0.80<1.05難以滿足抗浮穩(wěn)定性,必須制定相應的抗浮措施。
調蓄池長127.40m,寬97.40m,基于調蓄池過大的池體平面尺寸,會存在大體積混凝土溫度應力、不均勻地池體沉降等問題,決定在區(qū)域內池體設置沿長度方向的后澆帶,設置1m的寬度,30-40m的間距,柱距位置距離框架柱柱邊1/3。采用C40微膨脹鋼筋混凝土。
利用適量的抗裂抗腐蝕外加劑進行構筑物防腐。該防腐劑的摻入量通常為膠泥材料重量的5%-7%,實際的摻入量要根據(jù)級配試驗結果滿足強度、抗?jié)B等級、含堿量、限制膨脹率的基礎上進行確定。內壁防腐可考慮利用厚度不低于20mm的聚合物防腐水泥砂漿抹面,結構的外池壁和底板從設計地面到池底均采用環(huán)氧瀝青防腐防水處理。
因為該調蓄池體積較大,很厚的埋深,計算結果顯示,僅僅依靠構筑物的自身重量難以滿足抗浮穩(wěn)定的需求??垢∫酶洕行У氖侄?,普遍應用的抗浮措施包括自重抗浮、錨固抗浮、配重抗浮等。按照現(xiàn)場地勘資料顯示,該調節(jié)池底板下的土層為殘積土、根據(jù)初設地勘資料調節(jié)池底板下土層依次為殘積土、中風化花崗巖、強風化花崗巖、全風化花崗巖,而土層承載力高的為微風化花崗巖,該地質與基樁的摩擦阻力、與錨固體之間黏結度都很大。所以,該調節(jié)池抗浮手段可利用灌注樁的方式[3]。
通過廠區(qū)支護樁設計與抗浮方案的結合,決定利用灌注樁抗浮,結合灌注樁φ1200進行6m×6m的廠區(qū)柱網(wǎng)布置,廠區(qū)設計布置280根抗浮樁??紤]到周圍那些不利的樁孔,決定設置四區(qū)的抗浮樁廠區(qū),抗浮樁布置圖如圖3所示。
圖3 大磡東調蓄池抗浮樁布置平面圖
按照地勘數(shù)據(jù)資料,相關設計參數(shù)如表1所示。
表1 樁參數(shù)建議值表
對于抗拔樁,其中樁側土摩阻力特征值建議值見表1,抗拔摩阻力折減系數(shù)如表2所示。
表2 抗拔摩阻力折減系數(shù)
按照以上抗浮方案的設計規(guī)定,大磡河河口左岸調蓄池設計抗拔承載特征值404545.50kN,廠區(qū)共設置抗浮樁280根。通過計算后顯示,單根抗拔樁所需抗拔力=404545.50/300=1348.50kN。
綜上所述,大磡河河口左岸調蓄池結構設計完全符合整體工程的各項技術要求。通過磡河流域水環(huán)境綜合治理工程(徑流調蓄轉輸工程)新建的調蓄池及相應的工程內容,將大磡村建成區(qū)雨水調蓄轉輸出庫,既確保下游承泄河道滿足防洪要求,也確保進入西麗水庫的水質達標。