某污水處理廠生化池垮塌事故調(diào)查及原因分析

陳麗英,王 海,丁智潮

(1.嘉善縣城市建設(shè)投資有限公司,浙江 嘉善 314100；2.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司,浙江 杭州 310012)

某污水處理廠生化池垮塌事故調(diào)查及原因分析

陳麗英1,王 海2,3,丁智潮2,3

(1.嘉善縣城市建設(shè)投資有限公司,浙江 嘉善 314100；2.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司,浙江 杭州 310012)

通過對某生化池局部垮塌事故的調(diào)查,及對該生化池進(jìn)行整體建模和有限元分析,結(jié)果表明池壁側(cè)向壓力對整體結(jié)構(gòu)受力變化具有一定的影響,進(jìn)而對該類結(jié)構(gòu)在工程實(shí)踐中應(yīng)考慮的相關(guān)問題提出了建議。

生化池;側(cè)向壓力;垮塌;軸向拉力

1 概 述

某污水處理廠生化池工程在竣工調(diào)試過程中發(fā)生池壁開裂,局部垮塌事故。該生化池設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁地基處理,梁式筏板基礎(chǔ),地上為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土側(cè)壁,層間連梁拉結(jié)。事故現(xiàn)場2～3層以上部分的縱向外池壁整體側(cè)向滑落,發(fā)現(xiàn)部分連梁主筋呈頸縮拉斷狀態(tài)。

2 結(jié)構(gòu)受力分析

該生化池水池的結(jié)構(gòu)組合因側(cè)壁的存在,結(jié)構(gòu)受力情況較為復(fù)雜,且須同時考慮池壁側(cè)向壓力對整體結(jié)構(gòu)的受力影響,尤其是水平桿件。遂采用Midas/gen對該生化池進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體建模分析[1- 2],以分析該生化池垮塌事故的原因。計(jì)算模型見圖1。

圖1 生化池結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型

2.1 計(jì)算參數(shù)

生化池各樓面盛水時對池壁施加水側(cè)壓力,側(cè)壓力沿池壁高度呈三角形分布,荷載情況見表1；生化池各層錐形體平面等效荷載取值見表2。

表1 各樓層盛水荷載

表2 錐形體荷載取值

2.2 計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)自重與池壁側(cè)向壓力的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下,計(jì)算結(jié)果如下：

2.2.1 連系梁軸向拉力

由于側(cè)水壓力的作用,生化池中的連系梁受到較大軸向拉力作用。在自重及水池側(cè)壓力作用下, 5.300 m標(biāo)高處連系梁最大軸向拉力為246.3 kN,7.400 m標(biāo)高處最大軸向拉力為273.2 kN,具體計(jì)算結(jié)果見表3。13.100 m標(biāo)高處連系梁最大軸向拉力為237.1 kN,15.500 m標(biāo)高處連系梁最大軸向拉力為250.5 kN,17.900 m標(biāo)高處連系梁最大軸向拉力為230.2 kN,具體計(jì)算結(jié)果見表4。

表3 5.300 m、7.400 m標(biāo)高部分連系梁荷載標(biāo)準(zhǔn) 組合作用下計(jì)算結(jié)果

構(gòu)件名稱及部位5 300m標(biāo)高軸拉力/kN縱筋應(yīng)力/MPa7 400m標(biāo)高軸拉力/kN縱筋應(yīng)力/MPa-?軸梁199 8324 9217 2353 2-?軸梁212 2345 0239 1388 8-?軸梁206 7336 1235 1382 3-?軸梁213 5347 2239 8389 9-?軸梁195 5317 9207 6337 6

表4 15.500 m、17.900 m標(biāo)高部分連系梁荷載標(biāo)準(zhǔn) 組合作用下計(jì)算結(jié)果

構(gòu)件名稱及部位15 500m標(biāo)高軸拉力/kN縱筋應(yīng)力/MPa17 900m標(biāo)高軸拉力/kN縱筋應(yīng)力/MPa -軸梁241 0391 9205 2333 7 -軸梁249 8406 2230 2374 3 -軸梁193 9315 3182 8297 2 -軸梁240 9391 7205 3333 8

2.2.2 池壁水平向彎矩

3.200～10.400 m標(biāo)高范圍內(nèi)池壁水平向最大彎矩為69.2 kN·m/m,見圖2；13.100～20.300 m標(biāo)高范圍內(nèi)池壁水平向最大彎矩為139.7 kN·m/m,見圖3。

圖2 3.200～10.400 m標(biāo)高池壁水平向彎矩圖

圖3 13.100～20.300 m標(biāo)高池壁水平向彎矩圖

3 垮塌原因分析

3.1 層間連系梁

3.2 生化池側(cè)壁

增大后的彎矩作用于生化池側(cè)壁,從結(jié)構(gòu)的連續(xù)性受力考慮,底板與側(cè)壁應(yīng)具有相當(dāng)?shù)目箯澬阅?由于底板鋼筋僅在側(cè)壁做錨固處理,底板與外壁交接處不能有效地承擔(dān)外壁傳遞而來的彎矩作用,底板與外壁交接處就形成了水池的薄弱部位,因此，生化池2層、3層破壞部位的外壁與底板、外壁與壁板在連接處撕裂,而破壞面較平整。

3.3 綜合分析

在完全按圖施工的前提下,在結(jié)構(gòu)自重及水池側(cè)向壓力的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的彈性計(jì)算結(jié)果表明：生化池部分水平連系梁縱向鋼筋應(yīng)力已接近或超過鋼筋的屈服強(qiáng)度,加上施工過程中鋼筋規(guī)格偏小,使得生化池的側(cè)壁約束減弱與邊界條件發(fā)生變化,進(jìn)而使得生化池結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生內(nèi)力重分布,相鄰連系梁與池壁的內(nèi)力增加,從而導(dǎo)致更多的橫向連系梁與池壁發(fā)生破壞,在構(gòu)造薄弱處尤為明顯。該生化池的垮塌事故是由于設(shè)計(jì)存在一定缺陷且施工質(zhì)量缺陷等綜合作用導(dǎo)致的。

4 結(jié) 語

通過采用Midas/gen對該案例中生化池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析,發(fā)現(xiàn)側(cè)向壓力對池壁外側(cè)臨空的水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力影響的重要性,建議在對同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)問題：

1)池壁外側(cè)臨空的水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,應(yīng)采用整體空間模型進(jìn)行計(jì)算分析,重視池壁側(cè)壓力對整體結(jié)構(gòu)受力的影響,尤其是對水平結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軸拉力。

2)層間水平連系梁必須考慮因池壁側(cè)壓力引起的軸向拉力,嚴(yán)格按照規(guī)范要求對裂縫寬度的計(jì)算進(jìn)行控制。

3)在外壁傳遞的彎矩作用下,底板與池壁的連接構(gòu)造措施應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)受力的連續(xù)性。

4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮生化池壁側(cè)向壓力的傳導(dǎo)路徑和傳力終端的受力位置,增強(qiáng)空間剛度及穩(wěn)定性。

[1] 中國建筑科學(xué)研究院.GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016．

[2] 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.Midas- Gen用戶手冊[M]．北京：北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司，2014.

Investigation and Causes Analysis of the Biochemical Pond Collapse Accident for a Water Treatment Plant

CHENLiying1,WANGHai2,3,DINGZhichao2,3

2017- 03- 20

陳麗英(1975—),女，浙江嘉善人，工程師，從事建筑工程管理工作。

TU746.1

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1008- 3707(2017)04- 0011- 02