粗格柵提升泵房的結構計算與施工

摘要：粗格柵提升泵房是污水處理廠、自來水廠進行水處理的重要構筑物，因工藝處理進水要求，其池體深度一般較大，可達10～15m，在結構計算和施工中需要選用安全經濟適用的計算模型和施工方法，避免產生安全問題和施工難點。文章簡要介紹湖南長沙暮云污水處理及尾水中水回用工程粗格柵提升泵房的結構計算，為同類工程的設計提供參考。

關鍵字：粗格柵提升泵房，彈性地基梁，擋水墻

1.工程概況及地質水文條件

污水處理廠位于長沙市暮云鎮，地處湘江下游河谷右岸，場地內分布的地層主要有植物層、第四系新近沖積層、第四系沖積層和殘積層，下伏基巖為白堊系泥質粉砂巖等。按從上至下的順序，現將各地層巖性特征描述為：

第①層植物層：系地表土，由灰褐色粘性土夾大量植物根莖組成，很濕，軟塑～可塑狀態，層厚0.30～1.20m。

第②層淤泥：灰黑色，飽和～很濕，流塑狀態，其干強度高，韌性中等，層厚0.60～2.50m。

第③層粉質粘土：黃褐、褐黃色，硬塑～可塑狀態，其干強度及韌性中等，層厚5.40～11.20m。

第④層淤泥質粉質粘土：灰黑色，很濕，軟塑狀態，其干強度高，韌性中等，層厚0.30～2.80m。

擬建場地內地下水類型主要為上層滯水及潛水兩種，上層滯水穩定水位標高31.14～35.05m，潛水穩定水位標高22.94～29.22m。

2.池壁結類型選擇及計算

粗格柵及提升泵房設計地坪絕對標高為35.80m，形狀呈多邊形，其最大尺寸為33.8×11.7m，最大深度為12.03m（其中地上0.3m，地下12.0m），結構類型為鋼筋混凝土結構，基礎埋置深度為13.33m，對地基沉降敏感。

2.1.選用普通擋水墻結構

池壁深度較大（最深處12.03m），選用懸臂式擋水墻，取最不利荷載為池外有土、池內無水工況，池壁上在土側向壓力作用下受梯形荷載，設計值pa=1.27×12.03×（10+0.49×10）=228.8kN/m（標準值pak=179.7kN/m）。取單位池壁寬，視其為懸臂梁，則其底部最大彎矩M=228.8×12.032/2=16656 kN·m。假設混凝土受壓區高度為界限受壓區高度0.55，并取池壁配筋率為ρ=1.0%，則由M1=fyAs（h-as-as’）和As=ρbh，可得h=2151mm。可知如此大的彎矩，單靠加厚池壁是不經濟的，鋼筋和混凝土的用量都非常大，工程造價極高，而且會增大混凝土的收縮、放熱問題，增加施工難度、帶來施工的不便。

2.2.帶扶壁柱的擋水墻

池壁高H=11.75m，扶壁間距B=3.5m。B/H<0.5，底部H3=2B=7.0m部分按雙向板計算，H3=2B處視為自由端；上部H4=4.75m部分按支撐于扶壁上的單向連續板計算。

q2=q1= pa+ 1.27×[r′H4Ka+rwH4]=96.74KN/m2

q3= pa+ 1.27×[r′H1Ka+rwH1]= 228.83KN/m2

在均布荷載q2=96.74KN/m2 作用下內力，查《給水排水工程結構設計手冊》表2.2.3-7得，（lx/ly=0.5）

M1xmax0=-0.08888×96.74×3.52=-105.33KN·m/m

M1y0=-0.05689×96.74×3.52=-67.42KN·m/m

在三角形荷載q3-q2=228.83-96.74KN/m2 =132.09 KN/m2（104.3KN/m2）作用下內力，查《給水排水工程結構設計手冊》表2.2.3-24得，（lx/ly=0.5）

M1xmax0=-0.04982×132.09×3.52=-80.84KN·m/m

M1y0=-0.04581×132. 09×3.52=-74.33KN·m/m

總內力：Mxmax0=-105.33-80.84=-186.17KN·m/m

My0=-67.42-74.33=-141.75KN·m/m

和2.1中計算所得彎矩M1=16656 kN·m有了極大的降低，經過試算，池壁厚度取600mm、配筋率ρ=0.32%；扶壁柱截面取800×2000mm，配筋率ρ=0.92%。經對比，可比2.1中普通擋水墻結構節省造價45%左右，施工也較方便和簡單，同時池壁穩定性也得到了極大的提高。

綜合2.1和2.2中計算和對比，可知選擇加扶壁柱的擋水墻結構更適合較深池體的結構設計和施工。

3.大跨度底板計算

池體內滿水時重力荷載較大，且池壁間距大（最大處為20.46m），對底板的支撐和約束比較弱，同時當地地下水水位較高，汛期時水位可達場地地坪標高，考慮到底板抗浮問題，故底板厚度需取1300mm，底板坐于○4 層圓礫上。底板下的地基將按平面變形條件工作，采用彈性地基梁算法，取單位截條計算。

頂板、屋面板梁柱墻體、覆土等重共計1.2×7711=9253KN，平均到單位長度池壁則為9253/（2×20.46+2×10.6）=149.0KN/m。邊池壁荷載為p1=1.2×25×0.6×12.03×1.0+149.0=365.54KN/m，邊池壁在土側壓力作用下底端彎矩值m1=-141.75 KN·m，底板自重q1=25×1.3×1.2=39KN/m2，截條的柔度系數t=10 × =10× × =4.06。

截條的計算簡圖如下：

用彈性地基梁算法計算，查《給水排水工程結構設計手冊》表2.2.5-30、2.2.5-48、2.2.5-69，可知Mmax=-670.22 KN·m。底板厚取1300mm，則配筋率取ρ=0.22%即可滿足要求。

4.施工

粗格柵及提升泵房埋深較大，宜選用沉井的施工方法進行施工。結合沉井設計井壁形式，采取分3次制作，2次下沉。因土層中有軟弱的淤泥質粉質軟土，需要注意突沉問題，施工時需要對沉井下沉進行穩定性驗算和對沉井下部支撐力的驗算。同時在施工過程中需注意加強對沉井位移傾斜的控制以及地基土中的降水控制，避免池體傾斜過大和施工不便。

5.結語

長沙暮云污水處理及尾水中水回用工程現已在建設中，經過結構計算分析以及結合其他類似工程經驗，采用帶扶壁柱的擋水墻結構能夠滿足大深度池體的受力要求，其經濟性較好，施工難度小，可以作為同類工程的參考。

參考文獻

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