某砌體與鋼筋混凝土混合結構水池設計

賈 雪 亮

(山西潤民環保工程設備有限公司，山西 太原 030000)

某煤礦生產線新建礦井廢水處理站尚未完工，為保證礦井廢水處理不受影響，需要臨時建造一座礦井廢水應急處理水池。后期正式水處理站完工投入使用后，再將該臨時水池拆除。

1 工程概況

水池為敞口水池，高度(不含底板)3 m，底板頂標高-2.600 m，池頂出地面0.4 m，平面總凈尺寸約為18 m×12 m，分為三格。

2 結構設計方案

擬采用鋼筋混凝土底板，砌體與鋼筋混凝土混合池壁的設計方案，此方案施工周期較短，后期拆除難度較小。具體設計方案為：池壁主要采用砌體，沿水池高度設兩道水平系梁，在水池長度方向間距6 m設鋼筋混凝土受力柱，池底設0.3 m厚鋼筋混凝土底板，池壁受力柱下底板局部加厚至0.7 m。荷載傳力途徑為：水池內水及水池壁自重傳至水池底板，水池內水壓產生的水平力、水池外土壓力產生的水平力先傳至砌體墻，之后經由墻傳至水平系梁，再由梁傳至池壁受力柱，最后傳至基礎底板；水池平面布置見圖1。

3 結構設計基本資料

3.1 土水信息

土天然重度18.00 kN/m3,土內摩擦角25°，修正后的地基承載力特征值fa=120.00 kPa；水池深度范圍內無地下水,池內水深2.800 m, 池內水重度10.80 kN/m3。

3.2 荷載信息

活荷載:水池外側地面堆載取10.00 kN/m2,組合值系數0.90。

恒荷載分項系數:水池自重1.20,其他1.27；活荷載分項系數:地下水壓1.27,其他1.27。

3.3 鋼筋混凝土、磚砌體信息

混凝土:等級C30,重度25.00 kN/m3；縱筋保護層厚度:35 mm；鋼筋級別:HRB400；磚砌體采用MU10級，砂漿為M10水泥砂漿。

4 結構設計計算

4.1 砌體池壁計算

池體內、外壁受力分析時，對于池外壁，應取側向土壓力和側向水壓力兩者的較大值進行驗算；對于池內壁，僅取側向水壓力作用值進行驗算。對于本工程水池，經綜合比較分析，池壁側向土壓力和側向水壓力彎矩、剪力設計值相差不大，所以取內外壁厚度相同，按側向土壓力和側向水壓力兩者的較大值進行驗算。

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

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

4.2 鋼筋混凝土水平系梁計算

結合所求得的池壁厚度，擬取池壁頂的水平系梁為XL1:370×250，池壁半高處的水平系梁為XL2:490×300。根據4.2條的兩種假定及圖2數值，將砌體池壁所受的水平力導算至水平系梁，計算結果見表1。

表1 水平系梁荷載設計值 kN/m

水平系梁按支承于受力柱上的兩跨連續梁計算。 根據表1，池壁頂部水平系梁XL1取均布荷載設計值為6.79 kN/m，半高處系梁XL2取均布荷載設計值為28.35 kN/m；梁受力及配筋計算見圖3,圖4。

4.3 鋼筋混凝土受力柱計算

鋼筋混凝土立柱截面取500×700，立柱承擔水平系梁傳來的集中荷載，按底部固結，頂部自由的豎向懸臂構件計算；豎向力取受力柱及柱兩側各半跨長度池壁半高以上系梁及墻自重N=106 kN。各假定情況柱根部彎矩、剪力設計值經比較后取M=433.07 kN·m，V=261.90 kN進行受力柱配筋設計。受力柱鋼筋計算面積如下：

1)上、下側縱筋(單側):As=1 861 mm2；

2)左、右側縱筋(單側):As=700 mm2；

3)水平、豎向箍筋(單向)：Asv/s=1 273 mm2/m，經驗算，配筋滿足相關規范要求。

4.4 基礎計算

水池基礎底板按300 mm厚筏板計算，柱下筏板(2 m×2.5 m)局部加厚至700 mm。分別計算水池空池和滿水時兩種工況下水池底板基底反力及筏板配筋。經計算，標準組合下基底最大反力59.4 kPa≤120 kPa，滿足要求。300厚筏板配筋計算面積As=754 mm2/m，局部700厚筏板配筋計算面積As=1 505 mm2/m，滿足設計規范要求。

5 結論

本文通過對砌體與鋼筋混凝土混合結構型式的水池進行受力分析與設計，可得到如下結論：

1)通過劃分受力區段，各計算單元的砌體墻按最不利受力工況反算截面厚度，可滿足規范要求。

2)通過合理布置水平系梁、受力柱等傳力構件，以使池體傳力途徑明確，按最不利受力工況進行截面核算和配筋設計，可滿足規范要求。