中国市政工程西南设计研究总院有限公司厦门分院福建省厦门市361012
摘要：在城市飞速发展，城市人口不断增多的今天，城市污水量也随着经济高速发展而逐年增加，城市污水处理的形式也趋于严峻。城市污水泵站是城市污水处理的一个重要环节，其中调蓄池因其污水处理工艺中的作用，使其成为泵站内所有建（构）筑物里容积最大，结构尺寸最大的构筑物。本文结合新阳污水改造工程，对大容积调蓄池的结构设计及计算原理进行总结。
关键词：调蓄池；大容积构筑物；结构设计及计算
一、工程概况
新阳污水泵站改造工程是厦门市海沧区重要的污水工程，该工程现状规模为4.3万m3/d，改造后泵站提升规模设计9.0万m3/d，设计进站污水量旱季峰值9.0万m3/d，雨季峰值12.0万m3/d。本工程建设内容包括：新建格栅及提升泵房（含进水井、进水格栅渠道、曝气沉砂池、进水泵房、出水泵房）、调蓄池等构筑物，新建变配电室及管理房等建筑物，及配套管线、设备等。其中调蓄池尺寸：AxB=(45.55~58.00)x(41.51~66.40)，H池体=11.50m，调蓄池采用钢筋混凝土结构，混凝土等级：C35，抗渗等级P8。
二、调蓄池的结构形式
2.1、调蓄池通常使用的几种结构形式：
a、敞口水池，b、无梁板式有盖水池，c、框架式有盖水池。
2.2、调蓄池结构形式的选择：
首先，本次设计调蓄池占地达四千多平米，占去整个泵站一半多的建设用地，整个场地既不美观，也不实用，考虑新阳污水泵站地处厦门市海沧区新阳工业区，与新垵村隔路相望，北侧与工厂宿舍楼、东侧与派出所均仅有一墙之隔，卫生防护距离较为紧张，本次设计采用地埋式（顶部覆土为0.5m），故本工程无法采用a、敞口水的结构形式。
其次，本着充分利用场地的原则，本次设计调蓄池顶部计划加盖6层（合计建筑高度为24m）综合型办公楼。考虑办公楼的荷载形式及类型差异较大，而b、无梁板式有盖水池的结构形式适用于顶板荷载较为均匀的荷载形式，故本次设计不宜采用。
而后，调蓄池因平面尺寸较大，其内部需设置大量圆柱（池内通常设置圆柱，不影响水流，且不易集淤），作为支点，来承受调蓄池顶板对应的恒、活荷载。又因调蓄池深度较深，池壁的结构形式若以剪力墙形式来承受，其断面尺寸较大，且不经济。
综上所述，在设计中，面对平面尺寸较大，池壁高度较高，且顶部荷载相对复杂的构筑物时，采用c、框架式有盖水池的结构形式更为优化。对本次设计而言，以池内圆柱为基点，在顶板及池体中部设置水平框架梁，同时池外壁设置扶壁柱及腰梁，组成整体框架体系，来承受并传递外力，以此达到改善壁板受力条件，优化结构断面尺寸的目的。
三、调蓄池结构设计及计算要点
3.1、工况的确定
通常调蓄池属于内无隔墙，且平面尺寸及深度较大的构筑物，其工况通常分为两种：
1、内有水，而池外无土水（对应施工期间，闭水试验时存在的工况）
2、内无水，而池外有土水（对应施工完毕，回填后，未使用时期存在的工况）
基于本工程内部未设置隔墙，本文仅两种工况下的计算。
3.2、池壁的计算
与以往不同，本次调蓄池池壁由扶壁柱及腰梁进行分割，竖向、水平向均以扶壁柱及腰梁为节点，按连续板计算。池壁竖向荷载为梯形荷载（池内无水，外有土水）或三角形荷载（池内有水，池外无土水）。水平荷载则以腰梁顶端位置及池壁底端位置的竖向点荷载，作为水平均布荷载进行计算（池壁竖向已被腰梁分割为两个部分，应分开进行水平计算）。
3.3、扶壁柱的计算
扶壁柱作为分割池壁的主要受力构件之一，扶壁柱的主要承受荷载来源于左右两侧池壁按荷载分布传递的荷载，具体荷载如图所示：
扶壁柱承受荷载面积示意图（一）
如图所示，通常扶壁柱承受荷载面积与H/L值大小息息相关，设计时应根据具体情况选择荷载类型，进行准确计算。
在了解扶壁柱受力荷载的具体情况以后，我们应将其所受荷载，化为线荷载，作用在扶壁柱上，进行受力、配筋等相关计算。本次设计在扶壁柱的中部设置了一道腰梁，将扶壁柱一分为二，以此来减少扶壁柱的计算跨度，从而优化扶壁柱的截面尺寸。而计算时也应注意，与以往将扶壁柱作为单跨梁计算不同，本次计算扶壁柱时，应按二跨连续梁进行计算。
3.4、腰梁的计算
腰梁作为另一个分隔池壁的主要受力构件，其受力与扶壁柱类似，腰梁的主要承受荷载来源于上下两侧池壁按荷载分布传递的荷载。（参考扶壁柱承受荷载面积示意图）
3.5、底板的计算
本次设计地基基础采用天然地基，其所在持力层满足设计要求，调蓄池底板可作为柱下筏板基础进行计算。
柱下筏板基础通常采用简化方法进行计算，即按倒梁法和倒楼盖法（相对刚度较大）；上部结构较柔时可用静力分析法。其计算内容除弯矩计算以外，还应进行剪切、冲切等相关计算。
3.6、抗浮设计
调蓄池因其容积大，深度深，往往都存在抗浮问题。在设计时，我们应结合地基基础形式进行抗浮设计。结合本工程情况，考虑调蓄池采用天然地基，且浮力与其自重相差较大，可选择加设锚杆，来满足抗浮要求。
3.7、伸缩缝与后浇带的选择
调蓄池平面尺寸较大，因热胀冷缩的缘故，可能导致在结构中产生过大的温度应力，从而导致其存在有害裂缝，伸缩缝与后浇带作为常用的应对措施，应该如何选择呢？
伸缩缝：和温度相关，是为了防止建（构）筑物因温度变形留置的缝隙。其特点是将原本是一个整体的建（构）筑物，分成了若干个相对独立的部分（钢筋断开）。计算时，各个相对独立的部分应作为一个小单体，进行单独设计及计算。
后浇带：是为了防止混凝土结构温度收缩产生的有害裂缝而设置的。其特点是将结构暂时性的分为若干个部分（钢筋不断开），经过构件内部收缩，在若干时间后再浇捣该部分混凝土，将结构重新连成整体。计算时，无需将原本建（构）筑物分为若干个小单独，单独计算。
本次设计调蓄池的平面尺寸：AxB=(45.55~58.00)x(41.51~66.40)，作为全埋地式构筑物，无论长度及宽度，都已经超过了规范设置伸缩缝或后浇带的要求。
双向设置伸缩缝，从结构形式上说，破坏了框架式有盖水池的结构整体性。从受力角度来说，原本一体的构筑物，外力之间具有相互对称性，而分为四个部分后，毎个部分的主要受力方向，为互为直角的其中两侧。这种受力情况下，对于每个相对独立的部分，都会产生侧移、翻转，对结构受力来说，极为不利。
双向设置后浇带，则保留了原本建（构）筑物的整体性，从结构形式和受力条件上来说，都较为有利。
四、结语
大容积调蓄池的设计和计算，在结构设计手册等相关资料中的介绍比较少，在实际应用中，面对其工况、结构形式的选择；池壁、扶壁柱及腰梁等相关构件的受力分析时经常会无从下手，本文通过工程实例的具体分析，对大容积调蓄池的结构设计及计算进行梳理，希望会对结构设计人员提供一些帮助。
参考文献
[1]给水排水工程结构设计手册编委会编.给水排水工程结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，2007年。