水解酸化水池结构形式优化设计

张刘平

南京市市政设计研究院有限责任公司 江苏南京 210008

随着社会经济的发展，水环境质量下降是我国新世纪城市发展过程中亟待解决的重大问题。城镇化建设不断的推进，城市污水处理规模也不断扩大，处理要求也在不断提高。水池作为污水处理的主要构筑物，在处理工艺不段革新的前提下，对水池结构设计提出了新的要求和挑战。本文结合-污水处理厂的水解酸化池结构设计，介绍了一种新型结构受力形式——预应力中间托梁兼做壁板扶壁柱支点，以达到安全适用、经济合理的设计理念。

1 工程概况

本工程为污水提标改造工程，设计二期工程规模0.8万m3/d（0.2万m3/d机电产业园企业预处理后生产废水，0.6万m3/d一般工业污水和生活污水）。根据工艺设计，水解酸化池规模8000m³/d，结构尺寸：L×B×H=38×38.4×8.1m（有效水深7.0m）。

本工程水解酸化池为升流式复合水解酸化池，通过布水孔的出水，具有一定的上升流速从下部向上运行，以达到与池内高效微生物菌剂污泥的充分混合目的；水池中间设有固定床平板填料以过滤水体，达到清洁作用，滤料下部采用托梁支撑，局部设柱子。

2 方案设计

根据工艺条件水池壁板高8.1m，长17.35m，根据《给水排水工程钢筋凝土水池结构设计规程》（CECS138：2002），在内水压力作用下，按单块板计算，壁板下端弯矩设计值为515.6kN×m,下端壁板厚度则需650mm-750mm，且配筋很大；底板视为壁板的固定支撑时，底板厚度必须大于池壁，可根据土质情况取1.2-1.5倍池壁厚度[1]，则底板厚度需做到780mm以上，导致整体混凝土用量很大。另外，该水池为地上敞口水池，池体整体长度为34.7m，超过规范这类水池不设缝要求的20m，为超长水池，不利于抗裂设计，配筋很大，且不经济。

优化方案考虑：当水池较长、壁板下端弯矩较大时，可考虑采用扶壁式挡水墙方案。根据《给水排水结构设计手册》（第二版），壁板按支于扶壁上的单向连续板计算，每隔4.2m设一道扶壁，则每段壁板宽4.2m，高8.1m，计算得壁板下端的设计值My=-75.1kN，两侧壁板弯矩为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悬臂梁计算，根据《给水排水结构设计手册》（第二版）按下列公式（1）计算得扶壁下端弯矩设计值为M=3959kN，可见弯矩很大，导致扶壁下端断面很大，配筋很大。

L-扶壁间距；

HB-扶壁高度；

考虑水解酸池中间标高4.0m处有一层水平托梁，托梁可以作为扶壁柱的的一个支点，扶壁柱可按中间有支撑的梁计算，承受壁板传来的水平力，通过平面刚桁架模型计算得扶壁柱底端弯矩设计值为M=848.6kN，弯矩减小到上一方案的21.4%.可见增加支点，对减小扶壁弯矩作用很明显。但是通过计算，此时梁承受水平拉力为Fl=766.26kN，根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）[1]按下列公式（2）计算梁的配筋和截面。

c-最外层纵向受拉钢筋的混凝土净保护层厚度（mm）；

ES-钢筋的弹性模量（N/mm2）；

d-纵向受拉钢筋直径（mm）；

根据计算结果若按普通钢筋进行配筋，粱断面很大、钢筋很多，且结构整体不是很合理。根据受力形式进行改善，选用预应力钢筋进行优化。在主梁内设置7根∅5预应力钢筋以抵消水平拉力，如下图1所示。

图1 预应力梁示意图

本工程通过利用中间滤料的托梁作为壁板扶壁的支撑梁，使整体受力更合理，壁板可减小到350mm，底板可设置为500mm，扶壁柱可设置为500mm×1000mm；通过托梁内设置预应力钢筋，使梁受力满足设计要求，托梁截面可优化为300mm×500mm。可见通过优化整体结构受力形式，减小了水池壁板、底板和中间托梁截面，减小了混凝土和配筋用量，节约工程投资。

3 结语

本工程结合水池使用要求，优化水池结构形式，通过设置中间预应力托梁满足工艺要求（承托斜管或填料）的前提下，又兼做池壁的支撑点，与池壁整体受力，减小水池壁侧向力，优化了水池整体受力形式；再者，中间托梁通过设置预应力，充分发挥了材料性能，提升了结构的经济性与耐久性；从而，达到技术先进，节省材料，经济实用的效果[3]。