林曉偉 張書(shū)濤 李明森

(1.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131；2.大慶石化公司煉油廠污水車間，黑龍江 大慶 163714； 3.遼寧男票煤電有限公司煤矸石熱電分公司，遼寧 葫蘆島 125127)

1 工程概況

本工程為天津市某公司污水處理工程中的一級(jí)沉淀池。該結(jié)構(gòu)為敞口多格地下矩形水池。水處理池為鋼筋混凝土特種結(jié)構(gòu),它由各種類型的池壁、底板等單元構(gòu)件組成,結(jié)構(gòu)形式和荷載條件比較復(fù)雜。

2 荷載統(tǒng)計(jì)、內(nèi)力計(jì)算及兩種結(jié)構(gòu)方案

一級(jí)沉淀池屬于多格水池,池高H=6 m,側(cè)壁L1=12 m,側(cè)壁L2=9 m,如圖1所示。

本文以側(cè)壁L1為例進(jìn)行闡述，根據(jù)施工和使用階段確定,有下列兩種工況需要考慮:

施工試水階段(有水無(wú)土):池內(nèi)滿水側(cè)壓力+溫度荷載;

使用檢修階段(有土無(wú)水):土的側(cè)壓力+溫度荷載。

水處理池埋入地下不考慮溫度荷載的作用。無(wú)論在施工試水階段還是在使用檢修階段,有水無(wú)土,有土無(wú)水,池壁都視為偏心受拉構(gòu)件。根據(jù)水處理池池壁的高寬比和池壁的約束條件選取池壁的計(jì)算系數(shù)。敞口水處理池池壁頂端無(wú)約束為自由端,池壁與池壁、池壁與底板的約束為固定端。本文將闡述施工試水階段對(duì)池壁側(cè)壁(L1)的計(jì)算中兩種方案的比較。

側(cè)壁的內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算:

荷載計(jì)算(水側(cè)壓力):q=1.2γhl=1.2×10×6×1=72 kN/m(γ為水的比重,10 kN/ m3)。

2.1 方案1:中間不設(shè)扶壁方案

中間不設(shè)扶壁圖見(jiàn)圖2。

L1/H=12/6=2,側(cè)壁在三角形水平荷載作用下,壁板為三邊固定一邊自由的矩形板,Lx=12 m。水平向角隅處存在內(nèi)部負(fù)彎矩,可按下式計(jì)算:

側(cè)壁的內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算:內(nèi)力計(jì)算(彎矩以池壁內(nèi)側(cè)受拉為正):

其中，Mx為池壁沿高度1 m截面,池壁角隅處的水平向彎矩,kN·m；mx為彎矩系數(shù),-0.017 50，0.021 50；q為三角形荷載的最大值,72 kN/m。

Mx=-0.017 50×72×122=-181.44 kN·m,

My= -0.021 50×72×122=-222.9 kN·m。

截面計(jì)算:采用C30抗?jié)B混凝土,HRB335級(jí)鋼筋,取壁板厚450 mm,污水水池混凝土保護(hù)層取40 mm，豎向受力鋼筋按控制裂縫寬度ξ=0.25 mm考慮,查《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.3.2-96水平筋選取φ16@100,豎向筋選取φ18@100,滿足要求?？蓪?/4H水平和垂直范圍外的豎向鋼筋減少1/2,即水平筋選取φ16@200，豎向筋選取φ18@200。

2.2 方案2:設(shè)扶壁方案

設(shè)扶壁圖見(jiàn)圖3。

在池側(cè)壁外側(cè)設(shè)置垂向扶壁,扶壁間距根據(jù)工程的實(shí)際情況確定為4 000 mm。內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算:因L1/H=4/6=0.67,則側(cè)壁在水平荷載作用下,壁板可視為三邊固定一邊自由的矩形板,Lx=4 m。水平向角隅處存在內(nèi)部負(fù)彎矩,可按下式計(jì)算:

側(cè)壁的內(nèi)力及強(qiáng)度計(jì)算:內(nèi)力計(jì)算(彎矩以池壁內(nèi)側(cè)受拉為正):

其中，Mx為池壁沿高度1 m截面,池壁角隅處的水平向彎矩,kN·m；mx為彎矩系數(shù),-0.041 63，0.419 1；q為三角形荷載的最大值,72 kN/m。

Mx=-0.041 63×72×42=-47.95 kN·m,

My=-0.041 91×72×42=-48.28 kN·m。

截面計(jì)算:采用C30抗?jié)B混凝土,HRB335級(jí)鋼筋,取壁板厚300 mm,污水水池混凝土保護(hù)層取40 mm，豎向受力鋼筋按控制裂縫寬度ξ=0.25 mm考慮,查《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.3.2-86水平筋選取φ12@100,豎向筋選取φ12@100,滿足要求?？蓪?/4H水平和垂直范圍外的豎向鋼筋減少1/2,即水平筋選取φ12@200，豎向筋選取φ12@200。

3 兩種方案對(duì)比

方案1施工簡(jiǎn)單，模板用量小，但是池壁厚，混凝土和鋼筋用量大，方案2增加了兩道扶壁施工較方案1復(fù)雜，但是大大減少了混凝土和鋼筋的用量。但是目前好多水處理項(xiàng)目都是在現(xiàn)有化工廠進(jìn)行提標(biāo)改造設(shè)計(jì)，空間上有時(shí)不允許考慮增加扶壁的設(shè)計(jì)方案，所以大多工程項(xiàng)目還是采用方案1。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際條件選取合理的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到工藝專業(yè)的要求，做到既經(jīng)濟(jì)合理又安全可靠。水處理池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了根據(jù)工藝專業(yè)條件作內(nèi)力強(qiáng)度計(jì)算外,還需要采取構(gòu)造措施,來(lái)達(dá)到工程上水池的抗裂要求。通常較大水處理池側(cè)壁與側(cè)壁之間、側(cè)壁與底板之間采取構(gòu)造加腋(八字角)，減小角隅應(yīng)力。較大水處理池還通常采用伸縮縫或后澆帶來(lái)減少溫度裂縫的影響。同時(shí)為了使我們的設(shè)計(jì)方案更加合理，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該掌握一定的施工知識(shí)。