某污水處理廠生化池垮塌事故調查及原因分析

陳麗英,王 海,丁智潮

(1.嘉善縣城市建設投資有限公司,浙江 嘉善 314100；2.浙江省建筑科學設計研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.浙江省建設工程質量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310012)

某污水處理廠生化池垮塌事故調查及原因分析

陳麗英1,王 海2,3,丁智潮2,3

(1.嘉善縣城市建設投資有限公司,浙江 嘉善 314100；2.浙江省建筑科學設計研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.浙江省建設工程質量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310012)

通過對某生化池局部垮塌事故的調查,及對該生化池進行整體建模和有限元分析,結果表明池壁側向壓力對整體結構受力變化具有一定的影響,進而對該類結構在工程實踐中應考慮的相關問題提出了建議。

生化池;側向壓力;垮塌;軸向拉力

1 概 述

某污水處理廠生化池工程在竣工調試過程中發生池壁開裂,局部垮塌事故。該生化池設計采用水泥攪拌樁地基處理,梁式筏板基礎,地上為3層鋼筋混凝土框架結構,鋼筋混凝土側壁,層間連梁拉結。事故現場2～3層以上部分的縱向外池壁整體側向滑落,發現部分連梁主筋呈頸縮拉斷狀態。

2 結構受力分析

該生化池水池的結構組合因側壁的存在,結構受力情況較為復雜,且須同時考慮池壁側向壓力對整體結構的受力影響,尤其是水平桿件。遂采用Midas/gen對該生化池進行結構整體建模分析[1- 2],以分析該生化池垮塌事故的原因。計算模型見圖1。

圖1 生化池結構整體計算模型

2.1 計算參數

生化池各樓面盛水時對池壁施加水側壓力,側壓力沿池壁高度呈三角形分布,荷載情況見表1；生化池各層錐形體平面等效荷載取值見表2。

表1 各樓層盛水荷載

表2 錐形體荷載取值

2.2 計算結果

結構自重與池壁側向壓力的荷載標準組合作用下,計算結果如下：

2.2.1 連系梁軸向拉力

由于側水壓力的作用,生化池中的連系梁受到較大軸向拉力作用。在自重及水池側壓力作用下, 5.300 m標高處連系梁最大軸向拉力為246.3 kN,7.400 m標高處最大軸向拉力為273.2 kN,具體計算結果見表3。13.100 m標高處連系梁最大軸向拉力為237.1 kN,15.500 m標高處連系梁最大軸向拉力為250.5 kN,17.900 m標高處連系梁最大軸向拉力為230.2 kN,具體計算結果見表4。

表3 5.300 m、7.400 m標高部分連系梁荷載標準 組合作用下計算結果

構件名稱及部位5 300m標高軸拉力/kN縱筋應力/MPa7 400m標高軸拉力/kN縱筋應力/MPa-?軸梁199 8324 9217 2353 2-?軸梁212 2345 0239 1388 8-?軸梁206 7336 1235 1382 3-?軸梁213 5347 2239 8389 9-?軸梁195 5317 9207 6337 6

表4 15.500 m、17.900 m標高部分連系梁荷載標準 組合作用下計算結果

構件名稱及部位15 500m標高軸拉力/kN縱筋應力/MPa17 900m標高軸拉力/kN縱筋應力/MPa -軸梁241 0391 9205 2333 7 -軸梁249 8406 2230 2374 3 -軸梁193 9315 3182 8297 2 -軸梁240 9391 7205 3333 8

2.2.2 池壁水平向彎矩

3.200～10.400 m標高范圍內池壁水平向最大彎矩為69.2 kN·m/m,見圖2；13.100～20.300 m標高范圍內池壁水平向最大彎矩為139.7 kN·m/m,見圖3。

圖2 3.200～10.400 m標高池壁水平向彎矩圖

圖3 13.100～20.300 m標高池壁水平向彎矩圖

3 垮塌原因分析

3.1 層間連系梁

3.2 生化池側壁

增大后的彎矩作用于生化池側壁,從結構的連續性受力考慮,底板與側壁應具有相當的抗彎性能,由于底板鋼筋僅在側壁做錨固處理,底板與外壁交接處不能有效地承擔外壁傳遞而來的彎矩作用,底板與外壁交接處就形成了水池的薄弱部位,因此，生化池2層、3層破壞部位的外壁與底板、外壁與壁板在連接處撕裂,而破壞面較平整。

3.3 綜合分析

在完全按圖施工的前提下,在結構自重及水池側向壓力的荷載標準組合作用下的彈性計算結果表明：生化池部分水平連系梁縱向鋼筋應力已接近或超過鋼筋的屈服強度,加上施工過程中鋼筋規格偏小,使得生化池的側壁約束減弱與邊界條件發生變化,進而使得生化池結構受力產生內力重分布,相鄰連系梁與池壁的內力增加,從而導致更多的橫向連系梁與池壁發生破壞,在構造薄弱處尤為明顯。該生化池的垮塌事故是由于設計存在一定缺陷且施工質量缺陷等綜合作用導致的。

4 結 語

通過采用Midas/gen對該案例中生化池的結構進行整體分析,發現側向壓力對池壁外側臨空的水池結構設計受力影響的重要性,建議在對同類型結構設計階段中應考慮以下幾點問題：

1)池壁外側臨空的水池結構設計時,應采用整體空間模型進行計算分析,重視池壁側壓力對整體結構受力的影響,尤其是對水平結構產生的軸拉力。

2)層間水平連系梁必須考慮因池壁側壓力引起的軸向拉力,嚴格按照規范要求對裂縫寬度的計算進行控制。

3)在外壁傳遞的彎矩作用下,底板與池壁的連接構造措施應能保證結構受力的連續性。

4)結構設計時應充分考慮生化池壁側向壓力的傳導路徑和傳力終端的受力位置,增強空間剛度及穩定性。

[1] 中國建筑科學研究院.GB 50010—2010,混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2016．

[2] 北京邁達斯技術有限公司.Midas- Gen用戶手冊[M]．北京：北京邁達斯技術有限公司，2014.

Investigation and Causes Analysis of the Biochemical Pond Collapse Accident for a Water Treatment Plant

CHENLiying1,WANGHai2,3,DINGZhichao2,3

2017- 03- 20

陳麗英(1975—),女，浙江嘉善人，工程師，從事建筑工程管理工作。

TU746.1

B

1008- 3707(2017)04- 0011- 02