大磡河河口左岸调蓄池结构设计研究

2021-11-23郑富春

黑龙江水利科技 2021年11期

郑富春

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

为了确保西丽水库的入库水质达标，广东省深圳市南山区规划实施了建成区径流调蓄转输出库的工程措施，项目区域包括白芒村、大磡村、麻磡村及王京坑村，大磡河流域水环境综合治理工程(径流调蓄转输工程)就是以上工程的组成部分。实施工程位于大磡河河口左岸的调蓄池，现场与大磡商业街毗邻。调蓄容积8万m3，占地17620m2。调蓄池占地区域内平均高程为40.70m，调蓄池基坑开挖深度为23.00-21.50m，基坑底部标高为18.90-20.80m[1]。

1 调蓄池结构设计相关参数

1.1 设计荷载

1.1.1 顶板荷载分析

回填土可取取调蓄池顶绿化部分最不利处，容重取值17N/m2，取覆土最大深度为2.00m，池顶高程38.70m。由此获得土压力荷载密度标准值为：2.50×17=42.50kN/m2。

1.1.2 调蓄池顶部水荷载

根据工程勘察报告所述，调蓄池设防水位为地面高程-0.50m，即40.70-0.50m=40.20m。

1.1.3 汽车及人群荷载部分

调蓄池上方可遵循《建筑结构荷载规范》GB50009-2012设定汽车荷载的标准值为20kN/m2，中间层设定汽车(消防车)荷载标准值为20kN/m2，人群荷载设定标准值为3.50kN/m2。

1.2 结构构件挠度限值

钢筋混凝土屋盖、钢筋混凝土楼盖以及楼梯挠度限值≤ l0/200(l0<7m)，式中 l0代表构件的计算跨度。

1.3 正常使用极限状态抗裂度及裂缝宽度要求

因为调蓄池属于地下结构，接触的地下水具备轻度化学腐蚀性，归为三类环境类别，钢筋混凝土结构在施工时期的荷载作用下裂缝宽度最大限值为ωmax≤ 0.25mm。

2 调蓄池主体结构设计

2.1 主要材料

2.1.1 混凝土

调蓄池框架结构上部和构筑物结构上部皆为混凝土构件，梁、楼板、柱、池壁、底板等均采用C35混凝土；垫层采用C15，抗渗等级S8。

2.1.2 钢筋及钢材

采用的型钢规格为HPB300、HRB400，钢板型号为Q235。

2.2 结构形式

2.2.1 整体

调蓄池的两层结构均埋藏于地下。其结构为钢筋混凝土的梯形箱体。池体长度为127.50m，宽度为97.50m，调蓄池底高程为20.00-21.80m，池顶部高程为37.80m，地面高程设定为40-42m。

2.2.2 顶板及柱网

顶板和底板都是钢筋混凝土结构，采用立柱支撑顶板，顶板由网格主梁和次梁构成，立柱的支撑点就是网格主梁的交叉点，调蓄池柱网的布置要根据工艺特点进行，确保立柱的间距等同于最佳的经济柱距。立柱规格设定为1m×1m，上面的次梁设置在相邻两根主梁中间。可以根据6m×6m间距布置顶板网格主、次梁，设定主梁宽0.50m、高1m，次梁宽为0.40m、高0.80m。在高程的28.35m处布设一层拉梁，起到连接框架柱的作用，拉梁的宽和高为0.50m×1.00m。设定顶板厚度为0.30m。调蓄池上面覆盖1.50-2.50m的土，同时根据施工特点进行周边绿化处理。

2.2.3 侧壁

2.2.4 底板

相关建筑物的框架结构也是钢筋混凝土，基础为钢筋混凝土筏板。调蓄池底板厚度可以按照受力计算和抗冲切计算获得，本设计初定底板厚度1.30-2.00m。

2.3 结构计算

2.3.1 顶板及柱网计算

可以实施建模计算，采用盈建科YJKS1.9.3软件。顶板主梁和次梁的间距布置根据6m×6m进行，立柱为1m×1m的尺寸，设定顶板厚度为0.30m。主梁的宽和高分别为0.50m和1.00m，次梁的宽和高分别为0.40m和0.80m，调蓄池上部覆土1.50-2.50m。通过软件进行结构尺寸和配筋的计算，完全可以满足设计要求。计算模型见图1。

图1 调蓄池整体结构计算模型

2.3.2 侧壁计算

可以利用单构件建模的形式计算侧墙，计算软件可以选择理正结构设计工具箱6.50PB2。侧墙厚度为1.30-2.00m，总高度为18.10m。通过该软件进行侧墙的计算，完全符合设计要求。

2.3.3 底板计算

改革开放40周年，让我们停下脚步来重新审视过去取得的成就，然后，带着前人的智慧与坚持，加快迈向未来的步伐。

建模计算底板的软件为盈建科YJKS1.9.3。设定底板厚度为1.30-2.00m。通过该软件计算底板尺寸和配筋，完全可以符合规范要求。详情可见图2。

图2 调蓄池整体内力云图

2.3.4 地基计算

通过调蓄池的总体计算和单元分析计算，综合了池中水满、地下水位已经超过底板上1.50m、上面的人行和车行产生的荷载等不利的情况下，求得地基应力最大值为244kPa。并且地基所处的地质条件为中风化花岗岩上段、强风化花岗岩下段、微风化花岗岩中，该计算取最小承载力特征值为500kPa，所以，天然地基地承载力完全能够符合调蓄池地基的要求[2]。

基于调蓄池地下结构是整体空箱，浮力作用会影响其实际运行，本计算采取在最不利的情况下实施抗浮验算，最不利的情况为：地面以下2.50m以下是地下水位、池内没有水，上部没有车辆和行人荷载，计算公式如下：

(1)

式中：G为水池结构自重标准值，kN；F为顶板上部覆土重量和底板外延覆土重标准值，kN；W为地下水浮力标准值，kN；ηfw为浮托力折减系数；K为抗浮的安全系数。

2.3.5 局部抗浮稳定安全系数计算

Kf=q/rwHC

(2)

式中：Kf为抗浮稳定安全系数，取1.05；q为底板上单位面积的重量，kN；H为底板上面地下水位高度，kN；rw为水容重，取10kN/m3；C为渗透折减系数，取值为1；自重及压重之和Gk(kN)为1702669.50；浮力作用值为2107215.00；Gk/Nw,k0.80<1.05难以满足抗浮稳定性，必须制定相应的抗浮措施。

2.4 构造措施

调蓄池长127.40m，宽97.40m，基于调蓄池过大的池体平面尺寸，会存在大体积混凝土温度应力、不均匀地池体沉降等问题，决定在区域内池体设置沿长度方向的后浇带，设置1m的宽度，30-40m的间距，柱距位置距离框架柱柱边1/3。采用C40微膨胀钢筋混凝土。

2.5 防腐设计

利用适量的抗裂抗腐蚀外加剂进行构筑物防腐。该防腐剂的掺入量通常为胶泥材料重量的5%-7%，实际的掺入量要根据级配试验结果满足强度、抗渗等级、含碱量、限制膨胀率的基础上进行确定。内壁防腐可考虑利用厚度不低于20mm的聚合物防腐水泥砂浆抹面，结构的外池壁和底板从设计地面到池底均采用环氧沥青防腐防水处理。

3 调蓄池抗浮稳定设计

因为该调蓄池体积较大，很厚的埋深，计算结果显示，仅仅依靠构筑物的自身重量难以满足抗浮稳定的需求。抗浮要利用更经济有效的手段，普遍应用的抗浮措施包括自重抗浮、锚固抗浮、配重抗浮等。按照现场地勘资料显示，该调节池底板下的土层为残积土、根据初设地勘资料调节池底板下土层依次为残积土、中风化花岗岩、强风化花岗岩、全风化花岗岩，而土层承载力高的为微风化花岗岩，该地质与基桩的摩擦阻力、与锚固体之间黏结度都很大。所以，该调节池抗浮手段可利用灌注桩的方式[3]。

通过厂区支护桩设计与抗浮方案的结合，决定利用灌注桩抗浮，结合灌注桩φ1200进行6m×6m的厂区柱网布置，厂区设计布置280根抗浮桩。考虑到周围那些不利的桩孔，决定设置四区的抗浮桩厂区，抗浮桩布置图如图3所示。