某水廠絮凝池出水渠連接方式研究

摘要：出水渠是水池常見的附屬結(jié)構(gòu)，一般的水渠外挑寬度不大，一般在1m以內(nèi)，荷載較小，采用常規(guī)的底板懸挑即可解決問題。對于外挑較多、荷載較大的水渠，若采用常規(guī)的板懸挑方案則很可能造成底板開裂、漏水。以某給水廠絮凝池出水渠設計為例，探討了較大型的出水渠的設計思路，并給出了具體的設計方法。

關鍵詞：出水渠；連接縫處理；結(jié)構(gòu)設計

1" "項目概況

某給水廠及管網(wǎng)擴建工程，新建DN1400原水管道2.10km，DN1200～DN1400輸水管道4.67km，擴建水廠規(guī)模為12萬m3/d。工程分兩階段進行，現(xiàn)狀3萬m3/d規(guī)模，位于場地的西側(cè)。一階段擴建10萬m3/d，位于場地的中部和東側(cè)，主要構(gòu)筑物包括10萬m3/d規(guī)模絮凝沉淀清水疊合池、膜處理車間及清水疊合池、污泥平衡池、送水泵房、變配電間、污泥調(diào)節(jié)回收與濃縮疊合池、污泥脫水車間；二階段拆除原有水廠，再擴建5萬m3/d，使總規(guī)模達到15萬m3/d，主要構(gòu)筑物為5萬m3/d絮凝沉淀清水疊合池和加藥間。其中10萬m3/d絮凝池和膜處理車間位于場地的東側(cè)，兩者之間通過出水渠連接，絮凝池的水通過出水渠流入膜處理車間進行下一步處理。廠區(qū)平面布置如圖1所示。

2" "工程地質(zhì)條件和基礎形式

2.1" " 地形地貌

本工程地貌屬于珠江三角洲沖積平原地貌單元，位于某主要河道南岸，河道水深約2.5～5.0m，距離場地約20m，中間間隔市政道路。場地西側(cè)存在濾池清水池等舊有建構(gòu)筑物，東側(cè)有一個約55m×36m的方形水塘，水深約1.0～1.5m，東北側(cè)正在挖填土中，整個場地地勢較為平坦，交通較便利。

2.2" " 地層結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔揭露，上部第四系覆蓋土層主要包括：人工堆積成因的素填土lt;1-1gt;；海陸交互相的淤泥質(zhì)土lt;2-1gt;、淤泥質(zhì)砂l(fā)t;2-2gt;；沖洪積成因的淤泥質(zhì)土lt;3-1gt;、粉細砂l(fā)t;3-2gt;、軟塑粉質(zhì)黏土lt;3-3gt;，可塑粉質(zhì)黏土lt;3-4gt;；殘積成因的硬塑粉質(zhì)黏土lt;4-2gt;；下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖，分為全風化lt;5-1gt;，強風化lt;5-2gt;，中風化lt;5-3gt;、微風化lt;5-4gt;。從工程地質(zhì)剖面圖上看，填土層、軟土層、粉細砂層等分布范圍和深度變化較大。總體來看，本項目地基均勻性較差，為不均勻地基。液化砂層為淤泥質(zhì)粉細砂l(fā)t;2-2gt;和粉細砂l(fā)t;2-3gt;，綜合液化等級為嚴重，應采用有效措施如樁基穿越或設置攪拌樁來消除砂土液化的不利影響。

穩(wěn)定水位的埋深介于0.5～1.80m之間，水位變化幅度約1～3m。場地內(nèi)砂層屬于中-強透水層，場地地下水水位較豐富，地下水為濕潤區(qū)直接臨水或強透水層中的地下水，環(huán)境類型為II類。地表水及地下水對混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，在長期浸水和干濕交替環(huán)境下對鋼筋有微腐蝕性。

2.3" " 基礎形式

綜合考慮地質(zhì)情況和單體的承載力要求和抗浮需求，絮凝池和膜處理車間均采用D600管樁，以強風化泥質(zhì)粉砂巖作為持力層，進入持力層不小于1m，樁長約20m。要求單樁抗壓承載力計算特征值不小于1200kN，樁間距約為2.5m，采用方形布置。

3" "設計方案探討

一階段擴建的絮凝池和膜處理車間，外池壁凈距為2.4m。其中絮凝池需要外挑一個出水渠，出水渠兩側(cè)設置連接口與膜處理車間水渠連接。出水渠外挑1.9m，高度3.7m，渠頂設置走道板，供檢修使用。由于絮凝池和膜處理車間的池壁相距較近，無法滿足管樁擠土樁間距2.4m的要求，中間無法再打管樁設置柱子，來支承外挑的出水渠。同時由于出水渠外挑長度較大，荷載較大，若直接采用底板板懸挑支承結(jié)構(gòu)，水渠會有一定的開裂風險。

3.1" " 設計方案一

出水渠底板設計采用常規(guī)的板懸挑方案[1]，底板上恒荷載考慮滿水工況取45kN/m2，活荷載取密集人行荷載為4kN/m2。混凝土等級為C30，計算寬度按1m寬板，與水池側(cè)壁相接端考慮為固接，其余三邊為自由端。通過理正工具箱進行試算，當板厚為500mm時，底板上部配筋為Φ20@100，裂縫寬度為0.2mm[2]。設計方案一剖面如圖1所示。

由于懸臂板配筋較大，造成配筋較為不經(jīng)濟，且由于底板厚度為500mm，與池壁的厚度相同，前面假定的板端固接可能與實際受力情況不符，設計偏于不安全，板端存在開裂風險導致水渠漏水，故不采用此方案。

3.2" " 設計方案二

在絮凝池和膜處理車間之間的出水渠，采用300mm×

300mm的柱子來支撐，柱下設置1.2m×1.2m的獨立基礎。其中與膜處理車間相接的連接口一邊布置一根柱子，其余位置柱距約為5m。地基處理采用水泥攪拌樁，攪拌樁直徑為500mm。根據(jù)附近的鉆孔，要求攪拌樁進入粉質(zhì)黏土層不小于1m，有效樁長約15m，每個獨立基礎下布置4根攪拌樁，樁頂設置300mm厚、比例為1：1的粗砂碎石墊層。要求處理后的承載力特征值不小于120kPa。設計方案二平面圖如圖3所示。設計方案二剖面圖如圖4所示。

采用此方案可以使本來的板懸挑結(jié)構(gòu)變?yōu)橹С薪Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的安全性大大提高。但是由于需要進行地基處理，增加了地基處理的費用，且攪拌樁施工時間較長，需要等水泥土強度達到設計要求后才能進行上部結(jié)構(gòu)的施工，故不推薦此方案。

3.3" " 設計方案三

在外挑的出水渠下設置懸挑梁，以梁懸挑代替原來的板懸挑，懸挑梁之間間距約7.0m。與膜處理車間相接的連接口兩邊也設置懸挑梁，一邊利用出水渠側(cè)壁作為懸挑梁，尺寸為300mm×3700mm；另一邊設置在渠底。在有條件的地方將懸挑梁搭接在膜處理車間的柱子上。設計方案三平面圖如圖5所示。設計方案三剖面圖如圖6所示。

用梁懸挑方案可以省去支撐出水渠的柱子，及柱下獨立基礎的地基處理，節(jié)省了投資費用并縮短了施工工期。懸挑梁搭在膜處理車間的柱子上，增大了膜處理車間的荷載，需在柱子上設置牛腿并復核樁基礎的承載力。總體來說，該方案可以極大簡化結(jié)構(gòu)構(gòu)造，并且風險可控，故推薦此方案。

4" "設計要點

4.1" " 外挑結(jié)構(gòu)設計

采用懸挑梁結(jié)構(gòu)進行水渠的外挑，懸挑梁尺寸為500mm×700mm，設置在出水渠渠底，梁頂標高與出水渠底板面相平。兩側(cè)利用出水渠的側(cè)壁作為懸臂梁，梁尺寸為300mm×3700mm；在出水渠連接口兩側(cè)設置懸挑梁，梁尺寸為500mm×700mm；在膜車間柱子的位置也設置懸挑梁，梁尺寸為500mm×700mm，并將梁搭接在膜車間的柱子上；其余位置設置的懸挑梁，盡量與池壁垂直的另一方向的池壁位置保持一致，以增強懸挑梁端部的錨固，減小對池壁的彎矩以減小對池壁的影響[3]。

4.2" " 搭接結(jié)構(gòu)設計

靠近絮凝池這一側(cè)總共有5根柱子，其中能利用上的有3根。柱子上的搭接結(jié)構(gòu)采用牛腿，牛腿總高度為900mm，斜段高度為300mm，外挑寬度為300mm，另一側(cè)寬度與懸挑梁寬度相同為500mm。在牛腿頂配筋為5Φ20，箍筋采用Φ10，間距為100mm，并另外設置4Φ20彎起鋼筋用于抗剪。

牛腿頂部和梁端均設置一層5mm厚聚四氟乙烯板，聚四氟乙烯板抗腐蝕，耐老化性能好，并具有較低的靜摩阻和動摩阻系數(shù)，可以用來減少懸挑梁與牛腿之間的摩擦，使兩者之間可以有一定位移，以協(xié)調(diào)地基沉降和溫差變化引起的位移。牛腿結(jié)構(gòu)如圖7所示。水渠搭接大樣圖如圖8所示。

4.3" " 受力分析及配筋設計

結(jié)構(gòu)計算采用盈建科軟件，混凝土等級為C30，水荷載及渠頂走道板按恒載45kN/m2考慮，活載按4kN/m2人行荷載考慮。對于出水渠兩側(cè)的側(cè)壁，以池壁作為300mm×3700mm的懸挑梁，梁高度較大而受力相對較小。計算得到梁上下配筋均為8Φ20，滿足構(gòu)造配筋的要求。對于中部的500mm×700mm懸臂梁，上部配筋采用11Φ25，下部為構(gòu)造配筋，適當配置6Φ20。

對于中部搭接在牛腿上的懸挑梁，考慮對兩種情況進行包絡設計：一方面采用一端固接一端鉸接的受力模型，用理正工具箱進行計算可知，梁下部配筋為6Φ25；另一方面考慮基礎沉降導致梁底脫開牛腿的可能性，按懸臂梁進行設計，上部按11Φ25進行配筋。

出水渠的底板和頂板由于長寬比較大，按兩側(cè)支承的單向板考慮，其中頂板厚度為200mm。通過計算可知配筋均為構(gòu)造配筋，兩個方向均采用Φ12@200；底板由于長期處于水浸環(huán)境，厚度按300mm設置，配筋為構(gòu)造配筋Φ12@200。

4.4" "渠口連接設計

在連接口位置，膜處理車間采用300mm×600mm的懸臂梁與絮凝池渠口對接，梁外挑0.47m。為了避免絮凝池和膜處理車間的不均勻沉降造成水渠接口漏水，出水渠與膜車間的連接口需設置伸縮縫[4]。伸縮縫大樣如圖9所示。

伸縮縫縫寬30mm，內(nèi)設一條CB300x6-30型橡膠止水帶，即埋入式中間有孔型橡膠止水帶，寬度為300mm，厚度6mm，中部圓孔直徑為30mm，抗拉強度不小于18MPa[5]。止水帶兩側(cè)用瀝青麻絲填實后用雙組份聚硫密封膏密封。聚硫密封膏具有優(yōu)異的耐油、耐疲勞性能，回彈性好，延伸率大，粘結(jié)力強。在連接口外側(cè)表面采用1mm厚不銹鋼板遮蓋。

5" "結(jié)語

對于有較大外挑及上部荷載較重的出水渠，若采用常規(guī)的板懸挑方式可能會導致水渠出現(xiàn)開裂漏水的問題。本文采用梁懸挑方式代替板懸挑，并對一些細部結(jié)構(gòu)進行了處理，工程實踐證明該方案取得了良好的效果。希望通過對絮凝池出水渠連接方式的探討研究，給類似的出水渠設計提供一些借鑒和參考。

參考文獻

[1] CECS138：2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設計規(guī)程[S].

[2] GB50069-2002，給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[3] 王慶龍，王少華，張金龍，等.超大型混凝土水池止水結(jié)構(gòu)設計及施工技術(shù)[J].建筑施工，2021（43）：52-55.

[4] 陳文玉.某污水池伸縮縫橡膠止水帶拉裂原因分析[J].福建建筑2009（04）：61-63.

[5] 白秀芹.淺談大型水池橡膠止水帶伸縮縫施工中關鍵技術(shù)[J].中國建材科技，2014（10）：153-155.