常熟城西污水處理廠組合式C-A2O污水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李遠(yuǎn)建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)計(jì)顧問有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全社會(huì)對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)日益加強(qiáng)，污水處理廠的建設(shè)要求也逐步提高。由于建設(shè)用地緊張，現(xiàn)在污水處理工藝正逐步將原來分開的單體組合成一個(gè)整體，以節(jié)約用地。組合式污水處理池的出現(xiàn)大大增加了單體平面長度。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）、《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 138—2002）等設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)伸縮縫設(shè)置的規(guī)定，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。這將對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來新的難題和要求，現(xiàn)在出現(xiàn)超長鋼筋混凝土水池是一種趨勢(shì)。同時(shí)，污水處理水池對(duì)裂縫控制也非常嚴(yán)格，因此有必要對(duì)超長鋼筋混凝土水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做一總結(jié)，以滿足日益復(fù)雜的污水處理池的需要。

1 工程概況

該工程根本工程為常熟市城西污水處理廠二期擴(kuò)建工程，其中二級(jí)處理采用多點(diǎn)進(jìn)水倒置式A2/O工藝，三級(jí)處理采用混凝沉淀過濾工藝，出水采用二氧化氯消毒。該工程已建規(guī)模3.0萬m3/d，此次擴(kuò)建規(guī)模3.0萬m3/d，總規(guī)模9.0萬m3/d，變化系數(shù)為1.34，主體構(gòu)筑物分兩組設(shè)計(jì)，每組1.5萬m3/d。根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，工藝設(shè)計(jì)了組合式C-A2O平面布置及功能分區(qū)。平面總尺寸為70 m×93 m；總高度6.80 m，地面以上5.0 m，地下1.8 m（底板頂面高度）。該組合池基本應(yīng)按地上構(gòu)筑物要求設(shè)置伸縮縫。按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）、《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 138—2002）的要求，外露結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土伸縮縫最大距離為20 m。這將給整個(gè)工藝流程和防水措施等帶來較大的不利影響。經(jīng)過對(duì)平面布置的分析和工藝專業(yè)的協(xié)商，結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最終結(jié)構(gòu)采取在長度方向設(shè)置兩條永久伸縮縫將整個(gè)組合生化池分為三部分：A區(qū)24 m×70 m；B區(qū)27 m×70 m；C區(qū)42 m×70 m；寬度70 m方向設(shè)置兩道后澆帶（見圖1）。其中，C區(qū)池頂部因工藝需要為鋼筋混凝土板頂蓋。該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)對(duì)C區(qū)的鋼筋混凝土池體，頂部梁、板等整體結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

圖1 伸縮縫、后澆帶布置圖（單位：mm）

在C區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用PMSAP軟件對(duì)原結(jié)構(gòu)在考慮溫度變化和混凝土收縮工況下的結(jié)構(gòu)影響進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，計(jì)算參數(shù)采用如下：混凝土彈性模量E=3.0×104MPa，線膨脹系數(shù)1.0×10-5；構(gòu)件剛度的折減系數(shù)0.85（未考慮裂縫對(duì)剛度的影響）；計(jì)算溫差取升溫30℃，降溫30℃；收縮當(dāng)量溫差31℃；松弛系數(shù)0.3；溫度分項(xiàng)系數(shù)1.2；組合系數(shù)0.8；樓板定義為彈性膜。定性對(duì)相關(guān)部位采取加強(qiáng)措施。如在溫差作用下，變形不動(dòng)點(diǎn)在框架的中點(diǎn)，不動(dòng)點(diǎn)左右兩側(cè)的內(nèi)力、變形基本對(duì)稱，墻體交接處溫度應(yīng)力集中等。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合結(jié)構(gòu)形式，并分析了計(jì)算結(jié)果，采取“抗放結(jié)合”的裂縫控制原則。具體如下：

（1）通過設(shè)置兩道1 m寬后澆帶，每個(gè)單元?jiǎng)澐殖扇齻€(gè)施工區(qū)，后澆帶C35比原標(biāo)號(hào)高一級(jí)，為UEA膨脹混凝土。膨脹混凝土的限制膨脹率（14 d）應(yīng)在1.5×10-4～3.0×10-4，應(yīng)在澆筑地點(diǎn)進(jìn)行收縮率檢測(cè)。為了提高混凝土的抗裂性能，施工中對(duì)外墻體摻一定比例的抗裂纖維。同時(shí)要求施工單位制定詳細(xì)的大體積施工技術(shù)措施，并應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。后澆帶寬1 m，最大間距約為37 m。后澆帶施工應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑兩個(gè)月后方可進(jìn)行。后澆帶范圍內(nèi)墻體、框架梁的鋼筋不切斷，次梁和板的鋼筋斷開搭接。

（2）鋼筋混凝土池體、鋼筋混凝土框架梁柱、池頂鋼筋混凝土等均根據(jù)溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加強(qiáng)抗拉構(gòu)造鋼筋配置，對(duì)長度方向次梁、池頂鋼筋混凝土板及鋼筋混凝土池壁水平筋也加強(qiáng)配置了一定的縱向受拉鋼筋。采用小直徑、小間距的原則。該工程不大于150 mm。配筋要求：長度方向框架梁四角的主筋及全部腰筋采用焊接接頭連接，并應(yīng)符合規(guī)范要求；次梁四角主筋及樓板縱向上下鋼筋采用綁扎的搭接接頭，也應(yīng)符合規(guī)范要求。

3 結(jié)構(gòu)施工措施

該工程設(shè)計(jì)中根據(jù)相關(guān)參考資料對(duì)施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)及以往工程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工措施提出了以下幾點(diǎn)要求：

（1）混凝土的配置。砂應(yīng)采用良好級(jí)配的細(xì)度模數(shù)在2.3～3.0的中河砂，石子應(yīng)采用5～31.5 mm連續(xù)級(jí)配碎石?？刂剖雍蜕暗暮嗔糠謩e不超過1%和3%，砂云母含量不大于1%，否則將降低混凝土強(qiáng)度，還會(huì)增加拌和水量，加大混凝土的干縮以及降低抗?jié)B性和抗凍性[1]。

（2）應(yīng)加強(qiáng)混凝土的振搗及養(yǎng)護(hù)，在設(shè)計(jì)說明中應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)嚴(yán)格按照混凝土施工規(guī)范進(jìn)行。在混凝土終凝后及時(shí)加膜覆蓋和澆水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤[1]。

（3）該工程應(yīng)采用滿足《混凝土膨脹劑》（GB/T 23439—2009）中Ⅰ型要求的限制膨脹率大于2.5×10-4、質(zhì)量穩(wěn)定的膨脹劑。膨脹劑應(yīng)符合《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50119—2013）的要求。減水劑應(yīng)滿足《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）的要求[1]。為了進(jìn)一步降低混凝土的收縮，該工程應(yīng)采用收縮率低的新一代聚羧酸系高性能減水劑[2]。《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 178—2009）中規(guī)定平板結(jié)構(gòu)補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率不小于5×10-4，梁墻體結(jié)構(gòu)不小于2.0×10-4；根據(jù)實(shí)際工程情況，為保證工程質(zhì)量及開裂風(fēng)險(xiǎn)最小化，梁板施工區(qū)各部位限制膨脹率不小于2.0×10-4；基于設(shè)計(jì)原則、強(qiáng)度等級(jí)、混凝土限制膨脹率及環(huán)境條件，要求混凝土配合比方案中后澆帶使用的填充用微膨脹混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。水膠比應(yīng)控制在0.55以下。

（4）摻合料。粉煤灰摻量不宜大于20%。礦粉摻量不宜超過膠凝材料用量的50%。同時(shí)粉煤灰和礦渣粉摻合料總量不宜超過膠凝材料用量的50%。

（5）運(yùn)至澆筑地點(diǎn)的混凝土塌落度應(yīng)盡量采用較小的混凝土塌落度（在滿足施工要求的條件下）?；炷翗?gòu)件用的混凝土塌落度宜小于120 mm。

（6）用水量不大于170 kg/m3。

4 超長混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量保證措施

（1）超長結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在施工技術(shù)措施上，要求該混凝土配合比準(zhǔn)確、攪拌均勻。

（2）混凝土澆筑時(shí),后澆帶的兩側(cè)需用密孔鐵絲網(wǎng)攔隔，以防非收縮混凝土混入后澆帶，以免影響設(shè)置效果；同時(shí)嚴(yán)禁混凝土散落在尚未澆筑的部位，以免形成潛在的冷縫或薄弱點(diǎn)。另外在混凝土澆筑、振搗過程中應(yīng)掌握時(shí)間，在接近混凝土臨界振搗時(shí)間前進(jìn)行二次振搗、二次壓抹，使混凝土中的成分重新組合，排除混凝土中的孔隙和多余水分，使混凝土更加密實(shí)，以達(dá)到減少混凝土收縮裂縫的目的[2]。

（3）后澆帶澆筑前，應(yīng)將先期澆筑的混凝土表面按施工縫的要求清理干凈、充分濕潤，尤其是外貼式橡膠止水帶表面必須清理干凈。

（4）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升不宜大于50℃，混凝土的里表溫差不宜大于25℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14 d，拆模時(shí)澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。夏季炎熱時(shí)，混凝土入模溫度宜控制在30℃以下；冬季嚴(yán)寒天氣時(shí)，混凝土入模溫度宜控制在5℃以上。

5 結(jié) 語

（1）混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫在最冷季節(jié)和最熱季節(jié)施工時(shí)最容易出現(xiàn)，因此合理安排施工周期非常關(guān)鍵，特別是后澆帶的閉合時(shí)間應(yīng)盡量符合設(shè)計(jì)要求。

（2）改善施工措施，重視養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制混凝土的內(nèi)外溫差，改善混凝土性能，配置溫度鋼筋提高混凝土的抗裂性。建議外池壁中增加一定比例的抗裂纖維。

（3）“計(jì)算溫度應(yīng)力＋設(shè)置后澆帶”的做法具有以下優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)了混凝土結(jié)構(gòu)的整體性；有效提高了混凝土的抗裂性。

（4）外露的池壁及池頂梁板等建議采取措施保溫砂漿粉刷。減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外部溫度變化的影響。

（5）溫度應(yīng)力的計(jì)算目前是一個(gè)較難定量的問題，設(shè)計(jì)中的溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際有較大差距的主要原因如下：

a.應(yīng)力松弛系數(shù)的取值與實(shí)際不符。

b.計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)需將樓板定義為彈性膜，未考慮樓板與梁整體作用。

c.未考慮后澆帶影響等，這是今后需要研究的方向。

d.對(duì)超長方向邊框架梁及池壁、板等構(gòu)件加強(qiáng)抗拉鋼筋配置。

通過“計(jì)算溫度應(yīng)力+設(shè)置后澆帶”及制定嚴(yán)格的施工技術(shù)措施等，適當(dāng)超過規(guī)范設(shè)置伸縮縫是可能的。目前常熟城西污水處理廠改擴(kuò)建工程——組合式C-A2O污水池單體已投入使用四年多，未發(fā)現(xiàn)明顯問題。