本站小編為你精心準備了復雜組合水池結構設計思考分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：隨著污水處理廠的大量新建和提標升級，復雜組合水池結構日益增多。文中結合實際組合水池案例，介紹了復雜雙層組合水池進行結構設計和模型計算的過程，為類似項目提供參考。

關鍵詞：組合水池；結構設計；有限元

0引言

傳統的污水處理廠構筑物功能較為單一，單個水池通常僅具備一項功能，且占地面積大，對土地資源浪費嚴重。隨著社會的發展，土地資源的緊張，復雜組合水池由于其占地面積小、使用功能多、單位噸數所需要的建設投資少等優點，越來越多地出現在污水處理廠建設過程中。對于超大超高、組合復雜的水池，傳統的板殼計算方法已經難以滿足需求，設計人員應當探索新的設計方案，針對結構設計中存在的不足，全面優化水池結構設計［1］。文中結合工程案例，對復雜組合水池結構設計的過程進行了總結，希望對類似項目提供一定的參考。

1工程概況

本工程位于安徽省蕪湖市北部，為某污水廠提標改造項目中的單體——濾池。工程場地的主要土層從上到下依次為：①層雜填土、②層粉質粘土、③層淤泥質粉質粘土夾粉土、④層粉砂夾粉土、⑤層粉細砂、⑥層粉質粘土，靜止水位埋深0.8~1.4m，抗浮設計水位為地面下0.5m。該單體平面尺寸為46.40m×32.30m，埋深約5m，主體結構由清水池、反沖洗水池及10格濾池，中部負一層管廊，中部上層過水渠道組成。本工程擬建場地20m以內土層等效剪切波速小于150m/s，根據有關規定，擬建場地20m范圍內場地土類型屬軟弱場地土，同時根據本次詳勘揭露地層資料及地區工程經驗，擬建場地覆蓋層厚度為15~80m，綜合確定建筑場地類別為Ⅲ類，為建筑抗震不利地段，當無法避開時，應采取有效措施。擬建勘察場地的抗震設防烈度6度，設計基本地震加速度0.05g，設計地震分組第一組，特征周期為0.45s。

2基礎設計

本單體基礎坐落于③層淤泥質粉質粘土夾粉土層上，地基承載力僅65kPa，未經處理不可作為持力層。經過手工試算，本單體地基承載力需達到160kPa左右方可滿足要求。根據工程經驗，本單體基礎方案主要有：水泥攪拌樁、預應力管樁和預應力空心方樁三種。水泥攪拌樁是一種常見的復合地基處理方法，具有工期短、成本低的優點，但水泥攪拌樁也存在著成樁質量較難得到保證，沉降較大的缺點。本單體由于結構復雜，完工后不具備重大維護的條件，因此不考慮采用水泥攪拌樁的方案。預應力管樁和預應力空心方樁同屬于預應力樁，我們選取其中ZK23勘察點位進行分析，土層分布及參數如表1所示。考慮到本工程可選樁端持力層的端阻均不大，荷載主要有樁側阻力來承受，因此按樁周長相近的原則選取PHS-AB350空心方樁與PHC-AB400管樁進行對比，對比參數見表2。從上表來看，350空心方樁與400管樁混凝土用量相近，豎向地基承載力也相近。預制樁均屬于擠土樁，由于350空心方樁樁徑較小，擠土效應遠小于管樁，且樁基持力層為⑤粉細砂層，同時需要穿過粉砂夾粉土層，故樁間距最小應取4.0d，方樁最小樁間距為1400mm，管樁最小樁間距為1600mm。本單體面積較大，預估總樁數約500根，同時考慮分區布置的問題，最終考慮采用PHS-AB350空心方樁。

3主體結構設計

3.1池壁設計

本單體為多格水池，根據《給水排水工程結構設計手冊》［2］，需要考慮工藝運行和檢修的需要及使用中存在各種放空情況，其組合數量眾多，需要對支座彎矩、跨中彎矩和軸力的極值進行計算。傳統板殼計算方法是將每一塊池壁分隔開來，視為三邊固定、頂端自由、鉸接或固定的單塊板進行計算，再將計算所得的不平衡彎矩進行調整。手冊同時提供了另一種算法：綜合系數法，該算法根據查詢已有的綜合系數表，直接計算各個池壁的最大彎矩。水池格數較少時，以上兩種算法使用起來較為簡單。對于本單體而言，如對每塊池壁在每種條件下單獨計算，則計算量太大，因此設計時考慮采用有限元設計軟件對構筑物進行整體建模計算。根據工程經驗，對于雙向受力的水池池壁，壁厚一般取使用期間最高運行水位的1/12~1/15。池壁太薄導致整體含鋼量增加的同時，存在無法滿足角隅區域混凝土抗裂度的可能，池壁太厚則既不經濟也會使溫度效應增強，不利于控制結構裂縫。本工程最高運行水位6.9m，由于濾池工藝設計為上向流曝氣，按水位存在超高0.3m計算，同時濾池中堆積了大量填料，填料在項目運營期間長期存在，需考慮其對池壁的作用，因此設計時池壁厚度取550mm或600mm。本工程工藝采用陶粒填料，堆積密度按10kg/m3取值偏于安全。填料總高度為4.3m，對側壁的作用參考主動土壓力的計算方法，主動土壓力系數取1/3，計算可得，陶粒對側池壁的三角形分布荷載最大值為14.3kPa。池體為半地下式水池，地上3.55m，地下4.07m，根據水池規程，應考慮溫濕度效應對池壁的影響。根據民用熱工規范，蕪湖地區最冷月氣溫為3.1℃，經過計算Δt=10.25℃。濕度當量溫差按10℃取值，綜合溫濕度左右影響，模型中溫度梯度荷載可按10.25×0.65=6.67℃加載于池內滿水工況下的池壁上，方向應由內至外。通過對單體建立整體有限元模型（圖2）進行計算，選取其中一格濾池的計算結果來進行分析。表3、表4分別為濾池外側池壁、內隔墻的有限元受力分析結果。從表3的結果來看，考慮溫度效應工況時地面以上和以下部分池壁的受力狀況差異明顯，地上水平跨中彎矩遠大于地下跨中，兩者又均大于不考慮溫度時的彎矩；而水平拉應力遠小于不考慮溫度的工況。池壁水平方向配筋一般按偏心受拉構件進行計算，當池壁所受力為壓力時，按受彎構件計算。由于軸力和彎矩在不同工況和位置差距極大，按單一方式配筋，不具有經濟性，應當根據計算結果對是否考慮溫度效應去包絡進行配筋，實際配筋采用分段方式，地面標高下方500mm以上部分采用通長C18@150鋼筋，以下部分采用通長C16@150鋼筋，轉角部分附加C16@150鋼筋。通過與工藝專業溝通得知，后期運行中存在放空單格濾池更換濾料的情況，因此對于內隔墻進行計算分析時考慮一格放空，相鄰濾池滿水滿填料的同時，不考慮池壁溫度效應的工況。從表4的結果來看，由于考慮了水和填料對池壁的荷載作用，彎矩和軸力較一般水池更大，但是應力變化趨勢基本相同。因此配筋與正常水池池壁類似，水平向采用通長C18@150鋼筋，轉角部分附加C16@150鋼筋，豎向采用通長C16@150鋼筋，根部附加C18@150鋼筋。

3.2管廊頂板設計

本單體中部上層設計有過水渠的管廊，考慮上部過水渠池壁較高同時有約2m高的水頭，設計方案考慮：頂板板厚為300mm，板下設兩排立柱，縱向沿池壁底部設置通常的多跨主梁（300mm×500mm）；在橫向根據過水渠和通風井的池壁位置，設置間距為2~3m的主梁（450mm×700mm/300mm×600mm）。對于這類厚板結構，通常采用彈性板6在盈建科中建模進行計算分析。彈性板6采用殼單元真實地計算樓板的面內剛度和面外剛度，是理論上最符合樓板實際情況的計算模型，非常適用于無梁樓蓋、厚板轉換、板柱結構。管廊上層設計有由多面池壁組成的過水渠和通風井，在梁的位置選擇上將部分主梁布置于池壁下方，讓池壁的荷載由梁來主要承擔，使得整體受力的傳遞更加簡單清晰。在模型前處理中，將上部有池壁的梁定義為框支梁，連接的柱定義為框支柱，框支梁柱的抗震等級根據抗規要求定義為二級，非框支梁定義為三級。通過建筑結構設計軟件進行整體建模分析，可以較為便捷而且準確地得到管廊部分梁板柱的受力情況和配筋選擇。需要注意的是，在建模過程中，管廊受到兩側濾池對壁板側向的壓力，管廊頂板與壁板的連接應為固接，在建模分析的過程中必須考慮這些因素，否則將影響計算結果的準確性［3］。

3.3防水防腐設計

水處理構筑物在使用階段受到的腐蝕比較嚴重，如果停水對防護層進行維修或修復，會影響污水廠的正常運營，這就要求選擇便于施工、使用年限長、經濟性好的防水防腐材料。根據GB/T50046-2018《工業防腐蝕標準》［4］，生活污水的腐蝕性等級取中可滿足要求。常用的材料主要有：聚合物水泥砂漿、滲透型混凝土保護劑、JRK三防一體化彈性防水防腐涂料、多點錨固PE板等。本單體采用S型JRK三防一體化彈性防水防腐涂料，要求產品使用年限不小于11年。它是以硅膠乳液為主要基料的一種環保涂料，無毒、無味；在干、濕混凝土基層上均可施工；可以滲入基層，封堵混凝土表面的微細裂紋，增加抗滲漏腐蝕效果；具有現場施工便捷、無需添加其他材料等眾多優點。

4結語

隨著對環保要求的逐步提高和土地資源的日益緊張，復雜組合水池將成為污水處理廠建設中常見的選擇，復雜水池設計過程中，首先應領會工藝流程思路，合理調整結構形式和布局，建立整體模型，然后根據不同功能區域進行精細化設計，實現經濟性、安全性和可實施性的最優解。

作者：谷昊偉 單位：中節能國禎環保科技股份有限公司