大磡河河口左岸調(diào)蓄池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

鄭富春

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

為了確保西麗水庫(kù)的入庫(kù)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，廣東省深圳市南山區(qū)規(guī)劃實(shí)施了建成區(qū)徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸出庫(kù)的工程措施，項(xiàng)目區(qū)域包括白芒村、大磡村、麻磡村及王京坑村，大磡河流域水環(huán)境綜合治理工程(徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程)就是以上工程的組成部分。實(shí)施工程位于大磡河河口左岸的調(diào)蓄池，現(xiàn)場(chǎng)與大磡商業(yè)街毗鄰。調(diào)蓄容積8萬(wàn)m3，占地17620m2。調(diào)蓄池占地區(qū)域內(nèi)平均高程為40.70m，調(diào)蓄池基坑開挖深度為23.00-21.50m，基坑底部標(biāo)高為18.90-20.80m[1]。

1 調(diào)蓄池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)

1.1 設(shè)計(jì)荷載

1.1.1 頂板荷載分析

回填土可取取調(diào)蓄池頂綠化部分最不利處，容重取值17N/m2，取覆土最大深度為2.00m，池頂高程38.70m。由此獲得土壓力荷載密度標(biāo)準(zhǔn)值為：2.50×17=42.50kN/m2。

1.1.2 調(diào)蓄池頂部水荷載

根據(jù)工程勘察報(bào)告所述，調(diào)蓄池設(shè)防水位為地面高程-0.50m，即40.70-0.50m=40.20m。

1.1.3 汽車及人群荷載部分

調(diào)蓄池上方可遵循《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012設(shè)定汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為20kN/m2，中間層設(shè)定汽車(消防車)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為20kN/m2，人群荷載設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值為3.50kN/m2。

1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度限值

鋼筋混凝土屋蓋、鋼筋混凝土樓蓋以及樓梯撓度限值≤ l0/200(l0<7m)，式中 l0代表構(gòu)件的計(jì)算跨度。

1.3 正常使用極限狀態(tài)抗裂度及裂縫寬度要求

因?yàn)檎{(diào)蓄池屬于地下結(jié)構(gòu)，接觸的地下水具備輕度化學(xué)腐蝕性，歸為三類環(huán)境類別，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工時(shí)期的荷載作用下裂縫寬度最大限值為ωmax≤ 0.25mm。

2 調(diào)蓄池主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主要材料

2.1.1 混凝土

調(diào)蓄池框架結(jié)構(gòu)上部和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)上部皆為混凝土構(gòu)件，梁、樓板、柱、池壁、底板等均采用C35混凝土；墊層采用C15，抗?jié)B等級(jí)S8。

2.1.2 鋼筋及鋼材

采用的型鋼規(guī)格為HPB300、HRB400，鋼板型號(hào)為Q235。

2.2 結(jié)構(gòu)形式

2.2.1 整體

調(diào)蓄池的兩層結(jié)構(gòu)均埋藏于地下。其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土的梯形箱體。池體長(zhǎng)度為127.50m，寬度為97.50m，調(diào)蓄池底高程為20.00-21.80m，池頂部高程為37.80m，地面高程設(shè)定為40-42m。

2.2.2 頂板及柱網(wǎng)

頂板和底板都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用立柱支撐頂板，頂板由網(wǎng)格主梁和次梁構(gòu)成，立柱的支撐點(diǎn)就是網(wǎng)格主梁的交叉點(diǎn)，調(diào)蓄池柱網(wǎng)的布置要根據(jù)工藝特點(diǎn)進(jìn)行，確保立柱的間距等同于最佳的經(jīng)濟(jì)柱距。立柱規(guī)格設(shè)定為1m×1m，上面的次梁設(shè)置在相鄰兩根主梁中間。可以根據(jù)6m×6m間距布置頂板網(wǎng)格主、次梁，設(shè)定主梁寬0.50m、高1m，次梁寬為0.40m、高0.80m。在高程的28.35m處布設(shè)一層拉梁，起到連接框架柱的作用，拉梁的寬和高為0.50m×1.00m。設(shè)定頂板厚度為0.30m。調(diào)蓄池上面覆蓋1.50-2.50m的土，同時(shí)根據(jù)施工特點(diǎn)進(jìn)行周邊綠化處理。

2.2.3 側(cè)壁

2.2.4 底板

相關(guān)建筑物的框架結(jié)構(gòu)也是鋼筋混凝土，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板。調(diào)蓄池底板厚度可以按照受力計(jì)算和抗沖切計(jì)算獲得，本設(shè)計(jì)初定底板厚度1.30-2.00m。

2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.3.1 頂板及柱網(wǎng)計(jì)算

可以實(shí)施建模計(jì)算，采用盈建科YJKS1.9.3軟件。頂板主梁和次梁的間距布置根據(jù)6m×6m進(jìn)行，立柱為1m×1m的尺寸，設(shè)定頂板厚度為0.30m。主梁的寬和高分別為0.50m和1.00m，次梁的寬和高分別為0.40m和0.80m，調(diào)蓄池上部覆土1.50-2.50m。通過(guò)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸和配筋的計(jì)算，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算模型見圖1。

圖1 調(diào)蓄池整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2.3.2 側(cè)壁計(jì)算

可以利用單構(gòu)件建模的形式計(jì)算側(cè)墻，計(jì)算軟件可以選擇理正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱6.50PB2。側(cè)墻厚度為1.30-2.00m，總高度為18.10m。通過(guò)該軟件進(jìn)行側(cè)墻的計(jì)算，完全符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 底板計(jì)算

改革開放40周年，讓我們停下腳步來(lái)重新審視過(guò)去取得的成就，然后，帶著前人的智慧與堅(jiān)持，加快邁向未來(lái)的步伐。

建模計(jì)算底板的軟件為盈建科YJKS1.9.3。設(shè)定底板厚度為1.30-2.00m。通過(guò)該軟件計(jì)算底板尺寸和配筋，完全可以符合規(guī)范要求。詳情可見圖2。

圖2 調(diào)蓄池整體內(nèi)力云圖

2.3.4 地基計(jì)算

通過(guò)調(diào)蓄池的總體計(jì)算和單元分析計(jì)算，綜合了池中水滿、地下水位已經(jīng)超過(guò)底板上1.50m、上面的人行和車行產(chǎn)生的荷載等不利的情況下，求得地基應(yīng)力最大值為244kPa。并且地基所處的地質(zhì)條件為中風(fēng)化花崗巖上段、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖下段、微風(fēng)化花崗巖中，該計(jì)算取最小承載力特征值為500kPa，所以，天然地基地承載力完全能夠符合調(diào)蓄池地基的要求[2]。

基于調(diào)蓄池地下結(jié)構(gòu)是整體空箱，浮力作用會(huì)影響其實(shí)際運(yùn)行，本計(jì)算采取在最不利的情況下實(shí)施抗浮驗(yàn)算，最不利的情況為：地面以下2.50m以下是地下水位、池內(nèi)沒有水，上部沒有車輛和行人荷載，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：G為水池結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值，kN；F為頂板上部覆土重量和底板外延覆土重標(biāo)準(zhǔn)值，kN；W為地下水浮力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；ηfw為浮托力折減系數(shù)；K為抗浮的安全系數(shù)。

2.3.5 局部抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算

Kf=q/rwHC

(2)

式中：Kf為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.05；q為底板上單位面積的重量，kN；H為底板上面地下水位高度，kN；rw為水容重，取10kN/m3；C為滲透折減系數(shù)，取值為1；自重及壓重之和Gk(kN)為1702669.50；浮力作用值為2107215.00；Gk/Nw,k0.80<1.05難以滿足抗浮穩(wěn)定性，必須制定相應(yīng)的抗浮措施。

2.4 構(gòu)造措施

調(diào)蓄池長(zhǎng)127.40m，寬97.40m，基于調(diào)蓄池過(guò)大的池體平面尺寸，會(huì)存在大體積混凝土溫度應(yīng)力、不均勻地池體沉降等問題，決定在區(qū)域內(nèi)池體設(shè)置沿長(zhǎng)度方向的后澆帶，設(shè)置1m的寬度，30-40m的間距，柱距位置距離框架柱柱邊1/3。采用C40微膨脹鋼筋混凝土。

2.5 防腐設(shè)計(jì)

利用適量的抗裂抗腐蝕外加劑進(jìn)行構(gòu)筑物防腐。該防腐劑的摻入量通常為膠泥材料重量的5%-7%，實(shí)際的摻入量要根據(jù)級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果滿足強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)、含堿量、限制膨脹率的基礎(chǔ)上進(jìn)行確定。內(nèi)壁防腐可考慮利用厚度不低于20mm的聚合物防腐水泥砂漿抹面，結(jié)構(gòu)的外池壁和底板從設(shè)計(jì)地面到池底均采用環(huán)氧瀝青防腐防水處理。

3 調(diào)蓄池抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)

因?yàn)樵撜{(diào)蓄池體積較大，很厚的埋深，計(jì)算結(jié)果顯示，僅僅依靠構(gòu)筑物的自身重量難以滿足抗浮穩(wěn)定的需求。抗浮要利用更經(jīng)濟(jì)有效的手段，普遍應(yīng)用的抗浮措施包括自重抗浮、錨固抗浮、配重抗浮等。按照現(xiàn)場(chǎng)地勘資料顯示，該調(diào)節(jié)池底板下的土層為殘積土、根據(jù)初設(shè)地勘資料調(diào)節(jié)池底板下土層依次為殘積土、中風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、全風(fēng)化花崗巖，而土層承載力高的為微風(fēng)化花崗巖，該地質(zhì)與基樁的摩擦阻力、與錨固體之間黏結(jié)度都很大。所以，該調(diào)節(jié)池抗浮手段可利用灌注樁的方式[3]。

通過(guò)廠區(qū)支護(hù)樁設(shè)計(jì)與抗浮方案的結(jié)合，決定利用灌注樁抗浮，結(jié)合灌注樁φ1200進(jìn)行6m×6m的廠區(qū)柱網(wǎng)布置，廠區(qū)設(shè)計(jì)布置280根抗浮樁。考慮到周圍那些不利的樁孔，決定設(shè)置四區(qū)的抗浮樁廠區(qū)，抗浮樁布置圖如圖3所示。

圖3 大磡東調(diào)蓄池抗浮樁布置平面圖

按照地勘數(shù)據(jù)資料，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 樁參數(shù)建議值表

對(duì)于抗拔樁，其中樁側(cè)土摩阻力特征值建議值見表1，抗拔摩阻力折減系數(shù)如表2所示。

表2 抗拔摩阻力折減系數(shù)

按照以上抗浮方案的設(shè)計(jì)規(guī)定，大磡河河口左岸調(diào)蓄池設(shè)計(jì)抗拔承載特征值404545.50kN，廠區(qū)共設(shè)置抗浮樁280根。通過(guò)計(jì)算后顯示，單根抗拔樁所需抗拔力=404545.50/300=1348.50kN。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，大磡河河口左岸調(diào)蓄池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全符合整體工程的各項(xiàng)技術(shù)要求。通過(guò)磡河流域水環(huán)境綜合治理工程(徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程)新建的調(diào)蓄池及相應(yīng)的工程內(nèi)容，將大磡村建成區(qū)雨水調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸出庫(kù)，既確保下游承泄河道滿足防洪要求，也確保進(jìn)入西麗水庫(kù)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。