叠合式水池在东江引水工程项目的结构设计与研究

【摘要】结合东江引水工程项目的结构设计特点，从基础设计、结构布置、计算分析等方面论述了叠合式水池的结构设计与研究，并提出了结构加强措施与施工注意事项。

【关键词】叠合;结构设计;絮凝沉淀清水池

1、工程概况

东江引水工程包括东江水厂厂区工程、输水系统工程及相应配套附属工程。一期（已于2017年竣工并投产使用）设计规模为30×104m3/d，二期（建设中）设计规模为70×104m3/d，总供水规模为100×104m3/d，供往郴州市区、资兴市、桂阳县三地。

东江水厂位于资兴市星红村焦塘组。该厂址东边为一条连接S322公路与焦塘组交通的乡村公路。总征地面积为190703m2（合286.05亩），其中厂区征地185577m2（合283.06亩），进厂道路征地面积5126m2（合7.69亩）。本工程以东江水库为水源地，采用絮凝池+平流沉淀池+气水反冲洗砂滤池+清水池的常规水处理工艺。

本工程建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。根据国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）和《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）抗震设防烈度6度（0.05g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II 类，设计特征周期取0.35s，抗震设防类别为乙类，抗震措施按7度进行设计。

2、地基基础设计

本工程地基基础设计等级為丙级，根据地勘报告，采用整板基础，地基持力层主要为粉质粘土层、粉质粘土夹块石层和破碎灰岩层，地基承载力特征值分别为240kPa、260kPa和600kPa。

3、结构布置

该池体为上层絮凝反应+沉淀池，下层叠合清水池，全池平面内空尺寸长×宽为174.65×19.15m，池壁总高度9m，其中絮凝反应池池深5.75m，沉淀池池深3.5m，清水池池深5.5m，结构型式为现浇钢筋混凝土结构。由于池体长度方向较长，在池体长度方向设六道伸缩缝（每隔25米左右设一道），缝宽30mm，缝内设橡胶止水带。

水池外池墙厚350mm，内部导流墙厚250mm，上层沉淀池底板板厚350mm，下层清水池底板板厚450mm，混凝土强度等级均为C30。

沉淀池平面图、清水池平面图及1-1剖面图分别见图1、图2及图3。

图1沉淀池平面图

图2  清水池平面图

图31-1剖面图

4、计算分析

4.1 计算模型

（1）上层沉淀池按单层水池计算，池壁按上端自由，下端固定取单位宽度截条按单向板进行计算，池壁固端力作为外荷载传递给下层清水池。

（2）下层清水池池壁作为上部水池的支撑墙，可截取截条，按多跨框架进行设计。

（3）上层沉淀池底板除了按受弯构件进行受弯承载力验算外，还应按压弯和压弯构件进行配筋复核。其中，在上、下层水池均满水池时，该板所受拉力为最大;在上、下层均放空，池外有土压时，该板所受压力为最大。

（4）下层清水池底板分工况按多跨连续板取截条进行内力计算。本文由于篇幅所限，在此不做描述。

根据本工程水池特点及外部条件，进行不利荷载组合，有如下几种工况：①上、下层均为满水;②上层满水，下层空;③上层放空，下层满水;④上、下层均放空，池外有土压。

本文由于篇幅所限，仅以工况①上、下层均为满水进行举例说明。图4～图6为理正工具箱程序计算结果。

图4计算简图

图5  弯矩图（单位：kN*m）

图6轴力图（单位：kN）

4.2结果分析

从以上结算结果可以看出，水池池壁和上、下层底板互为支撑，池壁和底板内力均不大，可以认为是较为经济合理的。

4.3 结构加强措施及施工注意事项

（1）加强措施：节点处加设腋角

为了防止节点处出现应力集中，改善其受力状态，期望其达到计算时假定的力学模型，在池墙水平转角处，顶（底）板与池墙节点处采取加腋角的构造措施。

（2）施工注意事项

本工程涉及到的危险性较大的分部分项工程有：搭设高度≥5m、施工总荷载大于10kN/m2的混凝土模板的满堂支撑体系;施工单位应编制危大工程专项施工方案。

结论：

本工程叠合式结构设计是基于以往的工程经验，清晰的结构概念和设计思路。经过实践证明，该工程设计是安全可靠、经济合理的。该设计理念不仅节约了大量的工程用地，而且很大程度上减少了地基处理的费用，施工也较为便利。拥有这一系列的优势，可以预见到的是，叠合式设计理念在未来的水池结构设计中会得到更加广泛的运用。

参考文献：

[1]给水排水工程结构设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]建筑抗震设计规范GB50011-2010（2016年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3]给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程CECS138：2002[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

作者简介：

王章化，男，工程师，硕士，主要从事结构设计工作。