水解酸化水池結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化設(shè)計(jì)

張劉平

南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210008

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水環(huán)境質(zhì)量下降是我國(guó)新世紀(jì)城市發(fā)展過(guò)程中亟待解決的重大問(wèn)題。城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷的推進(jìn)，城市污水處理規(guī)模也不斷擴(kuò)大，處理要求也在不斷提高。水池作為污水處理的主要構(gòu)筑物，在處理工藝不段革新的前提下，對(duì)水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本文結(jié)合-污水處理廠的水解酸化池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了一種新型結(jié)構(gòu)受力形式——預(yù)應(yīng)力中間托梁兼做壁板扶壁柱支點(diǎn)，以達(dá)到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)理念。

1 工程概況

本工程為污水提標(biāo)改造工程，設(shè)計(jì)二期工程規(guī)模0.8萬(wàn)m3/d（0.2萬(wàn)m3/d機(jī)電產(chǎn)業(yè)園企業(yè)預(yù)處理后生產(chǎn)廢水，0.6萬(wàn)m3/d一般工業(yè)污水和生活污水）。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，水解酸化池規(guī)模8000m3/d，結(jié)構(gòu)尺寸：L×B×H=38×38.4×8.1m（有效水深7.0m）。

本工程水解酸化池為升流式復(fù)合水解酸化池，通過(guò)布水孔的出水，具有一定的上升流速?gòu)南虏肯蛏线\(yùn)行，以達(dá)到與池內(nèi)高效微生物菌劑污泥的充分混合目的；水池中間設(shè)有固定床平板填料以過(guò)濾水體，達(dá)到清潔作用，濾料下部采用托梁支撐，局部設(shè)柱子。

2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝條件水池壁板高8.1m，長(zhǎng)17.35m，根據(jù)《給水排水工程鋼筋凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS138：2002），在內(nèi)水壓力作用下，按單塊板計(jì)算，壁板下端彎矩設(shè)計(jì)值為515.6kN×m,下端壁板厚度則需650mm-750mm，且配筋很大；底板視為壁板的固定支撐時(shí)，底板厚度必須大于池壁，可根據(jù)土質(zhì)情況取1.2-1.5倍池壁厚度[1]，則底板厚度需做到780mm以上，導(dǎo)致整體混凝土用量很大。另外，該水池為地上敞口水池，池體整體長(zhǎng)度為34.7m，超過(guò)規(guī)范這類水池不設(shè)縫要求的20m，為超長(zhǎng)水池，不利于抗裂設(shè)計(jì)，配筋很大，且不經(jīng)濟(jì)。

優(yōu)化方案考慮：當(dāng)水池較長(zhǎng)、壁板下端彎矩較大時(shí)，可考慮采用扶壁式擋水墻方案。根據(jù)《給水排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版），壁板按支于扶壁上的單向連續(xù)板計(jì)算，每隔4.2m設(shè)一道扶壁，則每段壁板寬4.2m，高8.1m，計(jì)算得壁板下端的設(shè)計(jì)值My=-75.1kN，兩側(cè)壁板彎矩為Mx=-68.8kN，水池壁板厚度可取350mm，底板厚度可取500mm。扶壁按固支于底板上的懸臂梁計(jì)算，根據(jù)《給水排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）按下列公式（1）計(jì)算得扶壁下端彎矩設(shè)計(jì)值為M=3959kN，可見(jiàn)彎矩很大，導(dǎo)致扶壁下端斷面很大，配筋很大。

L-扶壁間距；

HB-扶壁高度；

考慮水解酸池中間標(biāo)高4.0m處有一層水平托梁，托梁可以作為扶壁柱的的一個(gè)支點(diǎn)，扶壁柱可按中間有支撐的梁計(jì)算，承受壁板傳來(lái)的水平力，通過(guò)平面剛桁架模型計(jì)算得扶壁柱底端彎矩設(shè)計(jì)值為M=848.6kN，彎矩減小到上一方案的21.4%.可見(jiàn)增加支點(diǎn)，對(duì)減小扶壁彎矩作用很明顯。但是通過(guò)計(jì)算，此時(shí)梁承受水平拉力為Fl=766.26kN，根據(jù)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069-2002）[1]按下列公式（2）計(jì)算梁的配筋和截面。

c-最外層縱向受拉鋼筋的混凝土凈保護(hù)層厚度（mm）；

ES-鋼筋的彈性模量（N/mm2）；

d-縱向受拉鋼筋直徑（mm）；

根據(jù)計(jì)算結(jié)果若按普通鋼筋進(jìn)行配筋，粱斷面很大、鋼筋很多，且結(jié)構(gòu)整體不是很合理。根據(jù)受力形式進(jìn)行改善，選用預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行優(yōu)化。在主梁內(nèi)設(shè)置7根?5預(yù)應(yīng)力鋼筋以抵消水平拉力，如下圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力梁示意圖

本工程通過(guò)利用中間濾料的托梁作為壁板扶壁的支撐梁，使整體受力更合理，壁板可減小到350mm，底板可設(shè)置為500mm，扶壁柱可設(shè)置為500mm×1000mm；通過(guò)托梁內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，使梁受力滿足設(shè)計(jì)要求，托梁截面可優(yōu)化為300mm×500mm?？梢?jiàn)通過(guò)優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)受力形式，減小了水池壁板、底板和中間托梁截面，減小了混凝土和配筋用量，節(jié)約工程投資。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程結(jié)合水池使用要求，優(yōu)化水池結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)設(shè)置中間預(yù)應(yīng)力托梁滿足工藝要求（承托斜管或填料）的前提下，又兼做池壁的支撐點(diǎn)，與池壁整體受力，減小水池壁側(cè)向力，優(yōu)化了水池整體受力形式；再者，中間托梁通過(guò)設(shè)置預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮了材料性能，提升了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性與耐久性；從而，達(dá)到技術(shù)先進(jìn)，節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的效果[3]。