复杂条件下的特大型清水池设计.docx

复 杂 条 件 下 的 特 大 型 清 水 池 设 计王水华( 中国市政工程西南设计研究总院，四川成都 610081)【摘 要】 成都凤凰山加压泵站清水池是目前为止我院设计的容量最大、深度最深的清水池，这样规模的清水池，在全国也是极为少见的。由于建设场地占地面积小，地形、地质条件复杂，设计难度很大。故就该 清水池的基本情况、设计思路和特点进行了介绍。【关键词】 清水池; 导流墙;无梁楼盖;三合土; 盲沟tu991. 34 + 3【中图分类号】【文献标识码】b的加压泵房等。这样，就可以通过该清水池在夜间用水低谷时蓄水，在白天用水高峰往外送水来调节自 来 水 供 需 矛盾。这样大容积的清水池是极其少见的，也是我院到目前为 止设计容量最大的清水池。1 工程背景及概况目前，成都市自来水厂总全部的饮用水处理能力为 160104 m3 / d。而在 2011 年夏季用水高峰时段，需水总量已经 超过了饮用水的处理能力，全靠分布于各水厂内的清水池调 节，才勉强度过了难关。从近几年成都的需水量增长情况分 析，如果不及时采取工程措施增加供水能力，在 2012 年夏季 用水高峰时段，必然会出现停水或水压不足的情况。虽然相 关部门已经着手进行成都第七水厂的建设，但远水解不了近 渴，预计 2013 年底才能投入使用的这个水厂，肯定无法解决 成都 2012 年、2013 年夏季可能出现的用水荒。凤凰山加压泵站就是在这种背景下提出来的，工程的核 心内容就是要建一座蓄水量达 10104 m3 的清水池和相关22. 1主体结构设计的特点和优点结构形式清水池一般可按顶板的支撑方式进行分类，最常见的就是导流墙承重体系和无梁楼盖体系。但凤凰山泵站清水池并没有采用这两种形式，而是采用了梁板体系，导流墙用砖 砌筑但不承重。清水池模板简图如图 1 所示。图 1 凤凰山清水池模板简图设计的特点和优点2. 22. 2. 1 地震作用传力途径明确，安全可靠清水池纵向由 4 条变形缝分为 5 个独立的结构单元。每条变形缝两侧的中间三跨导流墙采用钢筋混凝土墙体( 其定稿日期20111208作者简介王水华( 1974 ) ，男，高级工程师，主要从 事市政结构设计工作。四川建筑 第 32 卷 1 期2012 02221市政工程余的导流墙均为砖砌体) 。这样，在每个独立结构单元的四周，都分布有钢筋混凝土墙( 剪力墙) 。发生地震时，这些墙 可有效的抵抗地震产生的水平力，保证了清水池的整体抗震 安全。清水池除了要满足整体抗震安全要求外，还需要验算地 震时壁板及导流墙在动水压力作用下的安全性。在汶川“512”地震中，就出现过砖砌导流墙承重体系的清水池因导 流墙局部垮塌导致顶板向下塌陷的情况。凤凰山清水池设 计时笔者对其导流墙抗震作了细致深入的考虑。作用于砖 砌导流墙上的地震动水压力，先传到水平圈梁，再由水平圈 梁传递给钢筋混凝土立柱，传力途径明确、可靠。最为关键 的是，在进行水平圈梁和钢筋混凝土立柱的强度验算时，采 用了不同的安全标准。水平圈梁严格按规范规定的地震烈 度、分项系数进行配筋，不作任何调整。而在立柱的强度验 算时，则对其抗力进行了 20% 的提高。这样，在遭受不高于 设防烈度的地震时，砖砌导流墙不会破坏; 在遭受罕遇地震 时，砖砌导流墙会先于立柱破坏，使立柱受力大为减小，从而 避免了立柱破坏引起的池顶盖坍塌。长，显然是不适合在工期如此紧张的本工程中采用的。并且，多年以来，四川地区新建的清水池，特别是大型清水池， 极少采用无梁楼盖体系，相关的施工经验也较为缺乏。而我 院在凤凰山清水池所采用的结构体系，只有最为普通的梁、 板、墙、柱等结构构件，没有任何施工难度，有利于缩短工期。复杂的地质条件及地基处理地质、水文条件 根据地质勘查报告，地层从上到下可分为: ( 1) 人工填土层:杂填土，主要为建渣、砖瓦块、砂卵石及少量黏性土等33. 1组成，结构杂乱，分布不连续。素填土，主要由黏性土组成，混少量砖、瓦碎屑等，分 布不连续。( 2) 黏土层:硬塑为主，局部可塑，全场地分布。属膨胀土，膨胀潜势 为弱 中，地基的胀缩等级为级。( 3) 泥岩层:全风化 泥 岩: 岩体结构已全部破 坏，呈 土 状，硬 塑 为主。强风化泥岩: 岩体结构已大部分破坏，构造层理不清 晰。岩体较完整。中风化泥岩: 岩体结构基本未破坏。岩体基本完整，不易击碎。富存于人工填土中的上层滞水，水量较大，水位不稳定，埋深最浅处距地面仅 0. 50 m。3. 2 地基处理如果单从土层情况来看，黏土层和泥岩层都是很好的持 力层，似乎没有什么问题。但是，由于场地限制，清水池的长 度方向是顺坡方向布置的，而各土层的分布，也是基本沿顺 坡方向变化的，这样就使得清水池的底板横跨了中风化泥 岩、强风化泥岩、全风化泥岩、黏土层( 膨胀土) 和素填土层， 地基极不均匀。虽然，清水池荷载不大，但它对沉降很敏感。地基不均 匀，就容易产生沉降差。沉降差过大时，正常运行就会受到 影响。针对地基不均匀且有膨胀土和场地上层滞水水量大的 特点，设计采用了换填三合土垫层的方法进行处理。三合土 体积配合比为灰 土 碎石 = 2 5 3。垫层厚度为 500 mm，局部素填土则全部清除后进行换填。通过这样的处理， 在泥岩地基上形成了一个褥垫层，而在黏土地基上则形成了 一个硬壳层，改善了地基的均匀性。为什么不采用当地最常 用的砂卵石作为换填材料，而要采用三合土呢? 这是因为砂 卵石渗透性强，上层滞水很容易通过它渗透到底板下，对底 板的局部抗浮产生不利影响，同时也会使膨胀性黏土的含水 率经常变化而产生胀缩变形。三合土材料则不会产生这样 的问题。同时因为石灰对膨胀土有改性作用，可以直接采用 场地内的膨胀性黏土作为配合土料，有利于节省投资。池深大，占地少，空间利用率高2. 2. 2凤凰山加压站建设场地位于凤凰山西南侧，可用面积较小( 因待征地中一块面积不小的军事用地要在几年后才能完 成搬迁) ，且为不容易利用的三角形坡地，构( 建) 筑物的布 置难度极大。一般的清水池，池深基本在 5. 00 m 以内，而凤凰山清水 池的深度则达到了 8. 55 m，这也是我院目前为止所设计的最 深的清 水 池。 这 样 的 设 计，使得清水池的占地面积大为 减小。设计任务书中，业主要求在站区内设一栋面积不小于800 m3 的仓库。事实上，即便采取了 8. 55 m 深的清水池方 案，场地也只能勉强布置下所有必须的生产性构( 建) 筑物而 已，要再摆放下一座 800 m3 的仓库根本就不可能。当时也 考虑过其它方案，比如仓库按两层设计或分成两个小仓库摆 放在场地内剩下的边角空地处。但这些方案都因为不方便 使用而被否定。最后，又只能再次在清水池上打主意。两格清水池之 间，原本就有净宽 4. 00 m 的管廊( 管道是埋地的) ，适当加宽 后，就可以成为一个良好的仓储空间。经过核算，将管廊的 净宽增加到了 5. 80 m，并加设了顶盖和吊车，形成了一座净 面积达 950 m3 的仓库，满足了业主的要求。利用清水池管廊作为仓库，也是凤凰山清水池有别于其 它清水池的一大特点。当然，这样的做法，也给清水池的设 计增加了不少的难度。2. 2. 3 节省投资，便于施工如果凤凰山清水池采用四川地区常用的导流墙承重体 系，就必须采用钢筋混凝土导流墙。这是因为 8. 55 m 高的 承重导流墙，如果采用砖砌体，根本无法保证其在地震动水 压力作用下的安全。而采用钢筋混凝土导流墙，必然会增加 不少的投资，还会使清水池施工时间增加。虽然采用无梁楼盖体系在技术上是没有问题的，但由于 无梁楼盖体系的柱帽在施工时支模非常麻烦，施工周期较上层滞水的处理场地人工填土层中，富存有大量的3. 3( 下转第 226 页)四川建筑 第 32 卷 1 期2012 02222市政工程1990( 130)贺仁睦 电网动态实时监控及管理系统的构想j 电力系统 自动化，2002，26( 5)鞠平 电力系统中负荷建模研究概观j 河海大学科技情报，1990，10( 3)鞠平，马大强 电力系统负荷建模m 北京: 中国电力出版 社，2008张红斌，汤涌，张东霞，等 电网技术不同负荷模型对东北电网 送电能力的影响分析j 电网技术，2007，31( 4)汤涌，张东霞 东北电网大扰动试验仿真计算中的综合负荷模 型及其拟合参数j 电网技术，2007，31( 4) 汤涌，张红斌，侯俊贤，等 负荷建模的基本原则和方法j 电 网技术，2007，31( 4)张红斌，汤涌，张东霞，等 负荷建模技术的研究现状与未来发 展方向j 电网技术，2007，31( 4)张东霞，汤涌，张红斌，等 负荷模型的应用与研究调查报告j 电网技术，2007，31( 4)侯俊贤，汤涌，张红斌，等 感应电动机的综合方法研究j电网技术，2007，31( 4)张东霞，汤涌，朱方，等 基于仿真计算和事故校验的电力负 荷模型校核及调整方法研究j 电网技术，2007，31( 4)张红斌，汤涌，张东霞，等 基于总体测辨法的电力负荷建模 系统j 电网技术，2007，31( 4)邵正炎，史可琴，汤涌，等 间接与直接考虑配电网的 2 种负荷 模型对比研究j 中国电力，2008，41( 3)汤涌，张红斌，侯俊贤，等 考虑配电网络的综合负荷模型 j 电网技术，2007，31( 5)17邱丽萍，赵兵，张文朝，等 综合负荷模型对大区互联电网稳定特性的影响j 电网技术，2010，34( 10)邱丽萍，张文朝，汤涌，等 华北电网综合负荷建模研究j电网技术，2010，34( 3)陈谦，汤涌，鞠平，等 计及配电网阻抗和无功补偿的完整综 合负荷模型的参数辨 识j 中 国 电 机 工 程 学 报，2010，30 ( 22)章键，贺仁睦 动态神经网络模型及在电力负荷建模中的应 用j 华北电力大学学报，1997，24( 4)李颖，贺仁睦 广东电网基于 pmu 的负荷模型参数辨识研究j 南方电网技术，2009，3( 1)he renmu，majin，david j hill composite load modeling viameasurement approachj ieee trans on power system，2006，21( 2)石景海，贺仁睦 动态负荷建模中的负荷时变性研究j 中 国电机工程学报，2004，24( 4)石景海 考虑负荷时变性的大区电网负荷建模研究d 北 京: 华北电力大学，2005王卫国 电力系统动态负荷建模及其有效性验证的研究d北京: 华北电力大学，2002贺仁睦，魏孝铭，韩民晓 电力负荷动特性实测建模的外推和 内插j 中国电机工程学报，1996，16( 3)贺仁睦，王卫国，蒋德斌，等 广东电网动态负荷实测建模及 模型有效性的研究j 中国电机工程学报，2002，22( 3) 马进，贺仁睦，周彦军 负荷模型泛化能力的研究j 中国电 机工程学报，2006，26( 21)贺仁睦，周文 电力系统负荷模型的分类与综合j 电力系 统自动化，1999，23( 19)张红斌，贺仁睦，刘应梅 基于 kohonen 神经网络的电力系 统负荷动特性聚类与综合j 中国电机工程学报，2003，23( 5)21831945206217228239241025112612271328142915 赵兵，汤涌 基于故障拟合法的综合负荷模 型 验 证 与 校 核j 电网技术，2010，34( 1)16 王琦，张文朝，汤涌，等 统计综合法负荷建模中的调查方法 及应用j 电网技术，2010，34( 2)30檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷( 上接第 222 页) 上层滞水。由此可以推断，在清水池建成后，其基坑的回填土中，也必将会有大量滞水存在。如果不及时将这些滞水排出，就会形成水压，对清水池池壁产生极为不利的