某砌体与钢筋混凝土混合结构水池设计

贾 雪 亮

(山西润民环保工程设备有限公司，山西 太原 030000)

某煤矿生产线新建矿井废水处理站尚未完工，为保证矿井废水处理不受影响，需要临时建造一座矿井废水应急处理水池。后期正式水处理站完工投入使用后，再将该临时水池拆除。

1 工程概况

水池为敞口水池，高度(不含底板)3 m，底板顶标高-2.600 m，池顶出地面0.4 m，平面总净尺寸约为18 m×12 m，分为三格。

2 结构设计方案

拟采用钢筋混凝土底板，砌体与钢筋混凝土混合池壁的设计方案，此方案施工周期较短，后期拆除难度较小。具体设计方案为：池壁主要采用砌体，沿水池高度设两道水平系梁，在水池长度方向间距6 m设钢筋混凝土受力柱，池底设0.3 m厚钢筋混凝土底板，池壁受力柱下底板局部加厚至0.7 m。荷载传力途径为：水池内水及水池壁自重传至水池底板，水池内水压产生的水平力、水池外土压力产生的水平力先传至砌体墙，之后经由墙传至水平系梁，再由梁传至池壁受力柱，最后传至基础底板；水池平面布置见图1。

3 结构设计基本资料

3.1 土水信息

土天然重度18.00 kN/m3,土内摩擦角25°，修正后的地基承载力特征值fa=120.00 kPa；水池深度范围内无地下水,池内水深2.800 m, 池内水重度10.80 kN/m3。

3.2 荷载信息

活荷载:水池外侧地面堆载取10.00 kN/m2,组合值系数0.90。

恒荷载分项系数:水池自重1.20,其他1.27；活荷载分项系数:地下水压1.27,其他1.27。

3.3 钢筋混凝土、砖砌体信息

混凝土:等级C30,重度25.00 kN/m3；纵筋保护层厚度:35 mm；钢筋级别:HRB400；砖砌体采用MU10级，砂浆为M10水泥砂浆。

4 结构设计计算

4.1 砌体池壁计算

池体内、外壁受力分析时，对于池外壁，应取侧向土压力和侧向水压力两者的较大值进行验算；对于池内壁，仅取侧向水压力作用值进行验算。对于本工程水池，经综合比较分析，池壁侧向土压力和侧向水压力弯矩、剪力设计值相差不大，所以取内外壁厚度相同，按侧向土压力和侧向水压力两者的较大值进行验算。

A段池壁：Mmax=3.35 kN·m时，h≥344 mm；Vmax=12.33 kN时，h≥109 mm；取壁厚为370 mm。

B段池壁：Mmax=6.66 kN·m时，h≥484 mm；Vmax=24.89 kN时，h≥220 mm，取壁厚为490 mm。

4.2 钢筋混凝土水平系梁计算

结合所求得的池壁厚度，拟取池壁顶的水平系梁为XL1:370×250，池壁半高处的水平系梁为XL2:490×300。根据4.2条的两种假定及图2数值，将砌体池壁所受的水平力导算至水平系梁，计算结果见表1。

表1 水平系梁荷载设计值 kN/m

水平系梁按支承于受力柱上的两跨连续梁计算。 根据表1，池壁顶部水平系梁XL1取均布荷载设计值为6.79 kN/m，半高处系梁XL2取均布荷载设计值为28.35 kN/m；梁受力及配筋计算见图3,图4。

4.3 钢筋混凝土受力柱计算

钢筋混凝土立柱截面取500×700，立柱承担水平系梁传来的集中荷载，按底部固结，顶部自由的竖向悬臂构件计算；竖向力取受力柱及柱两侧各半跨长度池壁半高以上系梁及墙自重N=106 kN。各假定情况柱根部弯矩、剪力设计值经比较后取M=433.07 kN·m，V=261.90 kN进行受力柱配筋设计。受力柱钢筋计算面积如下：

1)上、下侧纵筋(单侧):As=1 861 mm2；

2)左、右侧纵筋(单侧):As=700 mm2；

3)水平、竖向箍筋(单向)：Asv/s=1 273 mm2/m，经验算，配筋满足相关规范要求。

4.4 基础计算

水池基础底板按300 mm厚筏板计算，柱下筏板(2 m×2.5 m)局部加厚至700 mm。分别计算水池空池和满水时两种工况下水池底板基底反力及筏板配筋。经计算，标准组合下基底最大反力59.4 kPa≤120 kPa，满足要求。300厚筏板配筋计算面积As=754 mm2/m，局部700厚筏板配筋计算面积As=1 505 mm2/m，满足设计规范要求。

5 结论

本文通过对砌体与钢筋混凝土混合结构型式的水池进行受力分析与设计，可得到如下结论：

1)通过划分受力区段，各计算单元的砌体墙按最不利受力工况反算截面厚度，可满足规范要求。

2)通过合理布置水平系梁、受力柱等传力构件，以使池体传力途径明确，按最不利受力工况进行截面核算和配筋设计，可满足规范要求。