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摘要：粗格栅提升泵房是污水处理厂、自来水厂进行水处理的重要构筑物，因工艺处理进水要求，其池体深度一般较大，可达10～15m，在结构计算和施工中需要选用安全经济适用的计算模型和施工方法，避免产生安全问题和施工难点。文章简要介绍湖南长沙暮云污水处理及尾水中水回用工程粗格柵提升泵房的结构计算，为同类工程的设计提供参考。
关键字：粗格栅提升泵房，弹性地基梁，挡水墙
1. 工程概况及地质水文条件
污水处理厂位于长沙市暮云镇，地处湘江下游河谷右岸，场地内分布的地层主要有植物层、第四系新近冲积层、第四系冲积层和残积层，下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩等。按从上至下的顺序，现将各地层岩性特征描述为：
第①层植物层：系地表土，由灰褐色粘性土夹大量植物根茎组成，很湿，软塑～可塑状态，层厚0.30～1.20m。
第②层淤泥：灰黑色，饱和～很湿，流塑状态，其干强度高，韧性中等，层厚0.60～2.50m。
第③层粉质粘土：黄褐、褐黄色，硬塑～可塑状态，其干强度及韧性中等，层厚5.40～11.20m。
第④层淤泥质粉质粘土：灰黑色，很湿，软塑状态，其干强度高，韧性中等，层厚0.30～2.80m。
拟建场地内地下水类型主要为上层滞水及潜水两种，上层滞水稳定水位标高31.14～35.05m，潜水稳定水位标高22.94～29.22m。
2. 池壁结类型选择及计算
粗格栅及提升泵房设计地坪绝对标高为35.80m，形状呈多边形，其最大尺寸为33.8×11.7m，最大深度为12.03m（其中地上0.3m，地下12.0m），结构类型为钢筋混凝土结构，基础埋置深度为13.33m，对地基沉降敏感。
2.1.选用普通挡水墙结构
池壁深度较大（最深处12.03m），选用悬臂式挡水墙，取最不利荷载为池外有土、池内无水工况，池壁上在土侧向压力作用下受梯形荷载，设计值pa=1.27×12.03×（10+0.49×10）=228.8kN/m（标准值pak=179.7kN/m）。取单位池壁宽，视其为悬臂梁，则其底部最大弯矩M=228.8×12.032/2=16656 kN·m。假设混凝土受压区高度为界限受压区高度0.55，并取池壁配筋率为ρ=1.0%，则由M1=fyAs（h-as-as’）和As=ρbh，可得h=2151mm。可知如此大的弯矩，单靠加厚池壁是不经济的，钢筋和混凝土的用量都非常大，工程造价极高，而且会增大混凝土的收缩、放热问题，增加施工难度、带来施工的不便。
2.2.带扶壁柱的挡水墙
池壁高H=11.75m，扶壁间距B=3.5m。B/H<0.5，底部H3=2B=7.0m部分按双向板计算，H3=2B处视为自由端；上部H4=4.75m部分按支撑于扶壁上的单向连续板计算。
q2=q1= pa+ 1.27×[r′H4Ka+rwH4]=96.74KN/m2
q3= pa+ 1.27×[r′H1Ka+rwH1]= 228.83KN/m2
在均布荷载q2=96.74KN/m2 作用下内力，查《给水排水工程结构设计手册》表2.2.3-7得，（lx/ly=0.5）
M1xmax0=-0.08888×96.74×3.52=-105.33KN·m/m
M1y0=-0.05689×96.74×3.52=-67.42KN·m/m
在三角形荷载q3-q2=228.83-96.74KN/m2 =132.09 KN/m2（104.3KN/m2）作用下内力，查《给水排水工程结构设计手册》表2.2.3-24得，（lx/ly=0.5）
M1xmax0=-0.04982×132.09×3.52=-80.84KN·m/m
M1y0=-0.04581×132. 09×3.52=-74.33KN·m/m
总内力：Mxmax0=-105.33-80.84=-186.17KN·m/m
My0=-67.42-74.33=-141.75KN·m/m
和2.1中计算所得弯矩M1=16656 kN·m有了极大的降低，经过试算，池壁厚度取600mm、配筋率ρ=0.32%；扶壁柱截面取800×2000mm，配筋率ρ=0.92%。经对比，可比2.1中普通挡水墙结构节省造价45%左右，施工也较方便和简单，同时池壁稳定性也得到了极大的提高。
综合2.1和2.2中计算和对比，可知选择加扶壁柱的挡水墙结构更适合较深池体的结构设计和施工。
3. 大跨度底板计算
池体内满水时重力荷载较大，且池壁间距大（最大处为20.46m），对底板的支撑和约束比较弱，同时当地地下水水位较高，汛期时水位可达场地地坪标高，考虑到底板抗浮问题，故底板厚度需取1300mm，底板坐于○4 层圆砾上。底板下的地基将按平面变形条件工作，采用弹性地基梁算法，取单位截条计算。
顶板、屋面板梁柱墙体、覆土等重共计1.2×7711=9253KN，平均到单位长度池壁则为9253/（2×20.46+2×10.6）=149.0KN/m。边池壁荷载为p1=1.2×25×0.6×12.03×1.0+149.0=365.54KN/m，边池壁在土侧压力作用下底端弯矩值m1=-141.75 KN·m，底板自重q1=25×1.3×1.2=39KN/m2，截条的柔度系数t=10 × =10× × =4.06。
截条的计算简图如下：
用弹性地基梁算法计算，查《给水排水工程结构设计手册》表2.2.5-30、2.2.5-48、2.2.5-69，可知Mmax=-670.22 KN·m。底板厚取1300mm，则配筋率取ρ=0.22%即可满足要求。
4. 施工
粗格栅及提升泵房埋深较大，宜选用沉井的施工方法进行施工。结合沉井设计井壁形式，采取分3次制作，2次下沉。因土层中有软弱的淤泥质粉质软土，需要注意突沉问题，施工时需要对沉井下沉进行稳定性验算和对沉井下部支撑力的验算。同时在施工过程中需注意加强对沉井位移倾斜的控制以及地基土中的降水控制，避免池体倾斜过大和施工不便。
5. 结语
长沙暮云污水处理及尾水中水回用工程现已在建设中，经过结构计算分析以及结合其他类似工程经验，采用带扶壁柱的挡水墙结构能够满足大深度池体的受力要求，其经济性较好，施工难度小，可以作为同类工程的参考。
参考文献
[1] 陈小燕.污水处理厂格栅间的设计.z中国给水排水，1999（09）.
[2] 张坤.软弱土地区粗格栅及进水泵房沉井施工技术，安徽建筑，2008（02）.
[3] 李彦洲. 污水处理厂粗、细格栅防水混凝土施工的实践；特种结构，2006（01）.
关键字：粗格栅提升泵房，弹性地基梁，挡水墙
1. 工程概况及地质水文条件
污水处理厂位于长沙市暮云镇，地处湘江下游河谷右岸，场地内分布的地层主要有植物层、第四系新近冲积层、第四系冲积层和残积层，下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩等。按从上至下的顺序，现将各地层岩性特征描述为：
第①层植物层：系地表土，由灰褐色粘性土夹大量植物根茎组成，很湿，软塑～可塑状态，层厚0.30～1.20m。
第②层淤泥：灰黑色，饱和～很湿，流塑状态，其干强度高，韧性中等，层厚0.60～2.50m。
第③层粉质粘土：黄褐、褐黄色，硬塑～可塑状态，其干强度及韧性中等，层厚5.40～11.20m。
第④层淤泥质粉质粘土：灰黑色，很湿，软塑状态，其干强度高，韧性中等，层厚0.30～2.80m。
拟建场地内地下水类型主要为上层滞水及潜水两种，上层滞水稳定水位标高31.14～35.05m，潜水稳定水位标高22.94～29.22m。
2. 池壁结类型选择及计算
粗格栅及提升泵房设计地坪绝对标高为35.80m，形状呈多边形，其最大尺寸为33.8×11.7m，最大深度为12.03m（其中地上0.3m，地下12.0m），结构类型为钢筋混凝土结构，基础埋置深度为13.33m，对地基沉降敏感。
2.1.选用普通挡水墙结构
池壁深度较大（最深处12.03m），选用悬臂式挡水墙，取最不利荷载为池外有土、池内无水工况，池壁上在土侧向压力作用下受梯形荷载，设计值pa=1.27×12.03×（10+0.49×10）=228.8kN/m（标准值pak=179.7kN/m）。取单位池壁宽，视其为悬臂梁，则其底部最大弯矩M=228.8×12.032/2=16656 kN·m。假设混凝土受压区高度为界限受压区高度0.55，并取池壁配筋率为ρ=1.0%，则由M1=fyAs（h-as-as’）和As=ρbh，可得h=2151mm。可知如此大的弯矩，单靠加厚池壁是不经济的，钢筋和混凝土的用量都非常大，工程造价极高，而且会增大混凝土的收缩、放热问题，增加施工难度、带来施工的不便。
2.2.带扶壁柱的挡水墙
池壁高H=11.75m，扶壁间距B=3.5m。B/H<0.5，底部H3=2B=7.0m部分按双向板计算，H3=2B处视为自由端；上部H4=4.75m部分按支撑于扶壁上的单向连续板计算。
q2=q1= pa+ 1.27×[r′H4Ka+rwH4]=96.74KN/m2
q3= pa+ 1.27×[r′H1Ka+rwH1]= 228.83KN/m2
在均布荷载q2=96.74KN/m2 作用下内力，查《给水排水工程结构设计手册》表2.2.3-7得，（lx/ly=0.5）
M1xmax0=-0.08888×96.74×3.52=-105.33KN·m/m
M1y0=-0.05689×96.74×3.52=-67.42KN·m/m
在三角形荷载q3-q2=228.83-96.74KN/m2 =132.09 KN/m2（104.3KN/m2）作用下内力，查《给水排水工程结构设计手册》表2.2.3-24得，（lx/ly=0.5）
M1xmax0=-0.04982×132.09×3.52=-80.84KN·m/m
M1y0=-0.04581×132. 09×3.52=-74.33KN·m/m
总内力：Mxmax0=-105.33-80.84=-186.17KN·m/m
My0=-67.42-74.33=-141.75KN·m/m
和2.1中计算所得弯矩M1=16656 kN·m有了极大的降低，经过试算，池壁厚度取600mm、配筋率ρ=0.32%；扶壁柱截面取800×2000mm，配筋率ρ=0.92%。经对比，可比2.1中普通挡水墙结构节省造价45%左右，施工也较方便和简单，同时池壁稳定性也得到了极大的提高。
综合2.1和2.2中计算和对比，可知选择加扶壁柱的挡水墙结构更适合较深池体的结构设计和施工。
3. 大跨度底板计算
池体内满水时重力荷载较大，且池壁间距大（最大处为20.46m），对底板的支撑和约束比较弱，同时当地地下水水位较高，汛期时水位可达场地地坪标高，考虑到底板抗浮问题，故底板厚度需取1300mm，底板坐于○4 层圆砾上。底板下的地基将按平面变形条件工作，采用弹性地基梁算法，取单位截条计算。
顶板、屋面板梁柱墙体、覆土等重共计1.2×7711=9253KN，平均到单位长度池壁则为9253/（2×20.46+2×10.6）=149.0KN/m。边池壁荷载为p1=1.2×25×0.6×12.03×1.0+149.0=365.54KN/m，边池壁在土侧压力作用下底端弯矩值m1=-141.75 KN·m，底板自重q1=25×1.3×1.2=39KN/m2，截条的柔度系数t=10 × =10× × =4.06。
截条的计算简图如下：
用弹性地基梁算法计算，查《给水排水工程结构设计手册》表2.2.5-30、2.2.5-48、2.2.5-69，可知Mmax=-670.22 KN·m。底板厚取1300mm，则配筋率取ρ=0.22%即可满足要求。
4. 施工
粗格栅及提升泵房埋深较大，宜选用沉井的施工方法进行施工。结合沉井设计井壁形式，采取分3次制作，2次下沉。因土层中有软弱的淤泥质粉质软土，需要注意突沉问题，施工时需要对沉井下沉进行稳定性验算和对沉井下部支撑力的验算。同时在施工过程中需注意加强对沉井位移倾斜的控制以及地基土中的降水控制，避免池体倾斜过大和施工不便。
5. 结语
长沙暮云污水处理及尾水中水回用工程现已在建设中，经过结构计算分析以及结合其他类似工程经验，采用带扶壁柱的挡水墙结构能够满足大深度池体的受力要求，其经济性较好，施工难度小，可以作为同类工程的参考。
参考文献
[1] 陈小燕.污水处理厂格栅间的设计.z中国给水排水，1999（09）.
[2] 张坤.软弱土地区粗格栅及进水泵房沉井施工技术，安徽建筑，2008（02）.
[3] 李彦洲. 污水处理厂粗、细格栅防水混凝土施工的实践；特种结构，2006（01）.