水解酸化水池結構形式優化設計

張劉平

南京市市政設計研究院有限責任公司 江蘇南京 210008

隨著社會經濟的發展，水環境質量下降是我國新世紀城市發展過程中亟待解決的重大問題。城鎮化建設不斷的推進，城市污水處理規模也不斷擴大，處理要求也在不斷提高。水池作為污水處理的主要構筑物，在處理工藝不段革新的前提下，對水池結構設計提出了新的要求和挑戰。本文結合-污水處理廠的水解酸化池結構設計，介紹了一種新型結構受力形式——預應力中間托梁兼做壁板扶壁柱支點，以達到安全適用、經濟合理的設計理念。

1 工程概況

本工程為污水提標改造工程，設計二期工程規模0.8萬m3/d（0.2萬m3/d機電產業園企業預處理后生產廢水，0.6萬m3/d一般工業污水和生活污水）。根據工藝設計，水解酸化池規模8000m3/d，結構尺寸：L×B×H=38×38.4×8.1m（有效水深7.0m）。

本工程水解酸化池為升流式復合水解酸化池，通過布水孔的出水，具有一定的上升流速從下部向上運行，以達到與池內高效微生物菌劑污泥的充分混合目的；水池中間設有固定床平板填料以過濾水體，達到清潔作用，濾料下部采用托梁支撐，局部設柱子。

2 方案設計

根據工藝條件水池壁板高8.1m，長17.35m，根據《給水排水工程鋼筋凝土水池結構設計規程》（CECS138：2002），在內水壓力作用下，按單塊板計算，壁板下端彎矩設計值為515.6kN×m,下端壁板厚度則需650mm-750mm，且配筋很大；底板視為壁板的固定支撐時，底板厚度必須大于池壁，可根據土質情況取1.2-1.5倍池壁厚度[1]，則底板厚度需做到780mm以上，導致整體混凝土用量很大。另外，該水池為地上敞口水池，池體整體長度為34.7m，超過規范這類水池不設縫要求的20m，為超長水池，不利于抗裂設計，配筋很大，且不經濟。

優化方案考慮：當水池較長、壁板下端彎矩較大時，可考慮采用扶壁式擋水墻方案。根據《給水排水結構設計手冊》（第二版），壁板按支于扶壁上的單向連續板計算，每隔4.2m設一道扶壁，則每段壁板寬4.2m，高8.1m，計算得壁板下端的設計值My=-75.1kN，兩側壁板彎矩為Mx=-68.8kN，水池壁板厚度可取350mm，底板厚度可取500mm。扶壁按固支于底板上的懸臂梁計算，根據《給水排水結構設計手冊》（第二版）按下列公式（1）計算得扶壁下端彎矩設計值為M=3959kN，可見彎矩很大，導致扶壁下端斷面很大，配筋很大。

L-扶壁間距；

HB-扶壁高度；

考慮水解酸池中間標高4.0m處有一層水平托梁，托梁可以作為扶壁柱的的一個支點，扶壁柱可按中間有支撐的梁計算，承受壁板傳來的水平力，通過平面剛桁架模型計算得扶壁柱底端彎矩設計值為M=848.6kN，彎矩減小到上一方案的21.4%.可見增加支點，對減小扶壁彎矩作用很明顯。但是通過計算，此時梁承受水平拉力為Fl=766.26kN，根據《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB50069-2002）[1]按下列公式（2）計算梁的配筋和截面。

c-最外層縱向受拉鋼筋的混凝土凈保護層厚度（mm）；

ES-鋼筋的彈性模量（N/mm2）；

d-縱向受拉鋼筋直徑（mm）；

根據計算結果若按普通鋼筋進行配筋，粱斷面很大、鋼筋很多，且結構整體不是很合理。根據受力形式進行改善，選用預應力鋼筋進行優化。在主梁內設置7根?5預應力鋼筋以抵消水平拉力，如下圖1所示。

圖1 預應力梁示意圖

本工程通過利用中間濾料的托梁作為壁板扶壁的支撐梁，使整體受力更合理，壁板可減小到350mm，底板可設置為500mm，扶壁柱可設置為500mm×1000mm；通過托梁內設置預應力鋼筋，使梁受力滿足設計要求，托梁截面可優化為300mm×500mm。可見通過優化整體結構受力形式，減小了水池壁板、底板和中間托梁截面，減小了混凝土和配筋用量，節約工程投資。

3 結語

本工程結合水池使用要求，優化水池結構形式，通過設置中間預應力托梁滿足工藝要求（承托斜管或填料）的前提下，又兼做池壁的支撐點，與池壁整體受力，減小水池壁側向力，優化了水池整體受力形式；再者，中間托梁通過設置預應力，充分發揮了材料性能，提升了結構的經濟性與耐久性；從而，達到技術先進，節省材料，經濟實用的效果[3]。