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摘要：通过某城市新建雨污水合建泵站的工程实例，阐述了合建泵站结构设计中应注意的几个问题及一些必要的构造措施。
关键词：工程实例 结构设计 构造措施
1、工程实例简介
本工程泵站庭院内占地面积5158m2，规划用地面积5894 m2。泵站规模雨水泵站Q=22m3/s，污水泵站Q=1.0m3/s。
主要结构形式：本工程为全地下式雨、污水合建泵房，主体为不规则整体式现浇钢筋混凝土结构，雨水泵站长35.7m，宽31.3m，总高11.7m；污水泵站长32.0m，宽11.2m，总高12.84m。雨、污水泵房地面以上外露0.3m，设计地面高程3.2m，顶板高程3.5m，雨水泵站基础底高程-8.2m，污水泵站基础底高程-9.34m。雨、污水泵站中间设置50mm宽的沉降缝一道。
主要材料：泵站结构混凝土：C35级，抗渗标号S6，抗冻等级F150；垫层为C15级素混凝土。钢筋采用HPB235、HRB335。钢板及型钢预埋件采用Q235B。
雨污水合建泵站剖面布置图
2、结构设计中应注意的几个问题
（1）抗浮设计
当泵站的重量小于泵站所受的浮力时，泵站水池就会被顶起。根据本工程地质报告，该雨污水合建泵站位于塘沽区响螺湾区域，该地区场地潜水水位如下：初见水位不明显。静止水位埋深0.10～1.10m，相当于标高1.80～1.60m。潜水主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般年变幅在0.5～1.0m左右。本工程设计地面标高3.20m，参照地质报告综合分析，抗浮设计按照地下水位埋深0.5m计算。
1）抗浮计算：
抗浮计算原则上应按施工及使用两阶段分别考虑，本工程要求施工期间采用大口井降水，因此由使用阶段控制，由全部结构重量及覆土重抗浮。抗浮安全系数取1.05。计算中未计入池壁与土壤的摩阻力，但因情况较复杂多变，很难定量，池壁与土壤的摩阻力仅作抗浮的安全储备。根据计算，雨水泵站抗浮安全系数为1.11，大于1.05，安全，污水泵站抗浮安全系数为1.17，大于1.05，安全。
2）抗浮措施：
第一，自重抗浮。增加水池重量，加厚底板及池壁厚度。但是单纯增加底板及池壁厚度，势必造成混凝土量的大量增加，增加造价，既不经济也不科学。
第二，减小水池的埋置深度。由总浮力公式看到H越大浮力越大。但是这种方法会受到工艺条件的限制。
第三，在构造上采取措施，将水池底板外边四周向外伸延出去。利用底板外伸部分来承受填土的重量，从而增加水池的上部重量，达到抗浮目的。从天津市以往的工程实践来分析，外挑底板伸出长度的方法常用且施工简便，本工程中该方法既解决了抗浮问题，又避免了资金的大量浪费。
第四，当池体的浮力大到外挑底板已不能适应解决时，应采用桩基来锚浮抗拔以抵抗浮力作用。
（2）压力出水池设计
根据工艺提供的压力出水池条件，雨水泵站压力出水池壅高高程为7.42m，污水泵站压力出水池壅高高程为4.15m，雨水泵站出水池承受的压力水头更大，较一般泵站特殊，下面主要以雨水泵站为例来阐述一下压力出水池顶板的计算过程。
顶板压力水头的反向力计算：
雨水泵站压力出水池壅高高程7.42m，顶板底高程为3.5-0.2=3.3m，顶板所承受的水头高度为7.42-3.3=4.12m。
压力水头作用在顶板上的荷载为：4.12*10*1.2=49.44kN/m2
顶板的自重为：0.2*25*1.2=6kN/m2
作用在顶板上的反向力荷载为：q=49.44-6=43.44 kN/m2
泵站压力出水池的顶梁高为900mm，板厚200mm，在板下仍有700mm，尽管该泵站考虑了通气管与大气联通，但实际上梁与梁之间的空气很难全部排除，因此在设计时考虑梁底上部预埋直径50mmUPVC联通管若干个，来避免在水泵开停时出现涌水压力加大的情况。从而减少了泵站运行时板与梁之间联接上出现剥离而使板的跨度加大造成顶板损坏的可能。
3、构造措施
泵站水池结构的设计计算，除满足强度、结构稳定和限制裂缝宽度计算外，还必须在构造上具有防水、抗渗和耐冻的能力。钢筋混凝土水池主要靠自身的密实性来增强其防水、抗渗和耐冻性能。本工程在设计方面采取了以下措施：
（1）为了保证施工中捣制混凝土的质量，避免渗水，按构造要求，池壁、底板的厚度宜≥200mm。
（2）池底板采用整浇平板，其受力和抗渗性能都较好。
（3）根据《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》，池壁顶端自由的部位配6根≥Φ16的水平向加强筋。
（4）配筋时宜优先采用HRB335级钢筋，如配筋率相同时，宜选用小直径和较密的间距，竖向钢筋宜采用Φ10以上，可增强钢筋骨架的刚度。水平钢筋不小于Φ8，钢筋间距宜采用100～200mm。最小配筋率为0.2%。钢筋接头最好采用焊接，其搭接长度与受拉筋相同。在一个断面上接头不大于25%。
（5）为保证泵站水池池壁与池壁、池壁与底板的刚性连接， 避免应力集中，在池壁与池壁、池壁与底板连接处加设腋角，并配有构造筋。
4、结论与建议
泵站水池的结构设计中，在地下水位较高的情况下，抗浮验算一定不能忽视，必要时应采取合理的抗浮措施。一些重要的结构构件不仅要进行结构承载力计算，还应进行结构正常使用极限状态验算，不能片面地只满足承载力的设计要求。
泵站水池实际上是空间结构体系，其自身约束和外界条件的约束都十分复杂。目前在内力分析时，近似分解成为平面结构体系，由梁、板、柱等构件组成，截面设计也按分构件处理。因此，设计时除了根据具体条件作应力计算外，更需要采取综合性措施，必须在连接节点的构造上，尽可能加强结构的整体刚度。
通过对响螺湾雨污水合建泵站的设计，笔者认为在结构的处理上还应注意以下几点：
（1）结构方案的选择原则应在满足工艺要求的前提下，做到布局合理，受力明确，以及安全、经济和实用。
（2）场地应尽量选在地基稳定、地质均匀的地区。
（3）水池内力计算时边界条件的假定应尽量与实际情况相符合，才能确保结构的可靠性。怎样选择结构计算简图和计算公式是非常重要的。
综上所述，只有选取合理的结构方案，结合钢筋混凝土特种结构的构造特点，才能把市政排水工程结构工程得更加可靠和经济。
关键词：工程实例 结构设计 构造措施
1、工程实例简介
本工程泵站庭院内占地面积5158m2，规划用地面积5894 m2。泵站规模雨水泵站Q=22m3/s，污水泵站Q=1.0m3/s。
主要结构形式：本工程为全地下式雨、污水合建泵房，主体为不规则整体式现浇钢筋混凝土结构，雨水泵站长35.7m，宽31.3m，总高11.7m；污水泵站长32.0m，宽11.2m，总高12.84m。雨、污水泵房地面以上外露0.3m，设计地面高程3.2m，顶板高程3.5m，雨水泵站基础底高程-8.2m，污水泵站基础底高程-9.34m。雨、污水泵站中间设置50mm宽的沉降缝一道。
主要材料：泵站结构混凝土：C35级，抗渗标号S6，抗冻等级F150；垫层为C15级素混凝土。钢筋采用HPB235、HRB335。钢板及型钢预埋件采用Q235B。
雨污水合建泵站剖面布置图
2、结构设计中应注意的几个问题
（1）抗浮设计
当泵站的重量小于泵站所受的浮力时，泵站水池就会被顶起。根据本工程地质报告，该雨污水合建泵站位于塘沽区响螺湾区域，该地区场地潜水水位如下：初见水位不明显。静止水位埋深0.10～1.10m，相当于标高1.80～1.60m。潜水主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般年变幅在0.5～1.0m左右。本工程设计地面标高3.20m，参照地质报告综合分析，抗浮设计按照地下水位埋深0.5m计算。
1）抗浮计算：
抗浮计算原则上应按施工及使用两阶段分别考虑，本工程要求施工期间采用大口井降水，因此由使用阶段控制，由全部结构重量及覆土重抗浮。抗浮安全系数取1.05。计算中未计入池壁与土壤的摩阻力，但因情况较复杂多变，很难定量，池壁与土壤的摩阻力仅作抗浮的安全储备。根据计算，雨水泵站抗浮安全系数为1.11，大于1.05，安全，污水泵站抗浮安全系数为1.17，大于1.05，安全。
2）抗浮措施：
第一，自重抗浮。增加水池重量，加厚底板及池壁厚度。但是单纯增加底板及池壁厚度，势必造成混凝土量的大量增加，增加造价，既不经济也不科学。
第二，减小水池的埋置深度。由总浮力公式看到H越大浮力越大。但是这种方法会受到工艺条件的限制。
第三，在构造上采取措施，将水池底板外边四周向外伸延出去。利用底板外伸部分来承受填土的重量，从而增加水池的上部重量，达到抗浮目的。从天津市以往的工程实践来分析，外挑底板伸出长度的方法常用且施工简便，本工程中该方法既解决了抗浮问题，又避免了资金的大量浪费。
第四，当池体的浮力大到外挑底板已不能适应解决时，应采用桩基来锚浮抗拔以抵抗浮力作用。
（2）压力出水池设计
根据工艺提供的压力出水池条件，雨水泵站压力出水池壅高高程为7.42m，污水泵站压力出水池壅高高程为4.15m，雨水泵站出水池承受的压力水头更大，较一般泵站特殊，下面主要以雨水泵站为例来阐述一下压力出水池顶板的计算过程。
顶板压力水头的反向力计算：
雨水泵站压力出水池壅高高程7.42m，顶板底高程为3.5-0.2=3.3m，顶板所承受的水头高度为7.42-3.3=4.12m。
压力水头作用在顶板上的荷载为：4.12*10*1.2=49.44kN/m2
顶板的自重为：0.2*25*1.2=6kN/m2
作用在顶板上的反向力荷载为：q=49.44-6=43.44 kN/m2
泵站压力出水池的顶梁高为900mm，板厚200mm，在板下仍有700mm，尽管该泵站考虑了通气管与大气联通，但实际上梁与梁之间的空气很难全部排除，因此在设计时考虑梁底上部预埋直径50mmUPVC联通管若干个，来避免在水泵开停时出现涌水压力加大的情况。从而减少了泵站运行时板与梁之间联接上出现剥离而使板的跨度加大造成顶板损坏的可能。
3、构造措施
泵站水池结构的设计计算，除满足强度、结构稳定和限制裂缝宽度计算外，还必须在构造上具有防水、抗渗和耐冻的能力。钢筋混凝土水池主要靠自身的密实性来增强其防水、抗渗和耐冻性能。本工程在设计方面采取了以下措施：
（1）为了保证施工中捣制混凝土的质量，避免渗水，按构造要求，池壁、底板的厚度宜≥200mm。
（2）池底板采用整浇平板，其受力和抗渗性能都较好。
（3）根据《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》，池壁顶端自由的部位配6根≥Φ16的水平向加强筋。
（4）配筋时宜优先采用HRB335级钢筋，如配筋率相同时，宜选用小直径和较密的间距，竖向钢筋宜采用Φ10以上，可增强钢筋骨架的刚度。水平钢筋不小于Φ8，钢筋间距宜采用100～200mm。最小配筋率为0.2%。钢筋接头最好采用焊接，其搭接长度与受拉筋相同。在一个断面上接头不大于25%。
（5）为保证泵站水池池壁与池壁、池壁与底板的刚性连接， 避免应力集中，在池壁与池壁、池壁与底板连接处加设腋角，并配有构造筋。
4、结论与建议
泵站水池的结构设计中，在地下水位较高的情况下，抗浮验算一定不能忽视，必要时应采取合理的抗浮措施。一些重要的结构构件不仅要进行结构承载力计算，还应进行结构正常使用极限状态验算，不能片面地只满足承载力的设计要求。
泵站水池实际上是空间结构体系，其自身约束和外界条件的约束都十分复杂。目前在内力分析时，近似分解成为平面结构体系，由梁、板、柱等构件组成，截面设计也按分构件处理。因此，设计时除了根据具体条件作应力计算外，更需要采取综合性措施，必须在连接节点的构造上，尽可能加强结构的整体刚度。
通过对响螺湾雨污水合建泵站的设计，笔者认为在结构的处理上还应注意以下几点：
（1）结构方案的选择原则应在满足工艺要求的前提下，做到布局合理，受力明确，以及安全、经济和实用。
（2）场地应尽量选在地基稳定、地质均匀的地区。
（3）水池内力计算时边界条件的假定应尽量与实际情况相符合，才能确保结构的可靠性。怎样选择结构计算简图和计算公式是非常重要的。
综上所述，只有选取合理的结构方案，结合钢筋混凝土特种结构的构造特点，才能把市政排水工程结构工程得更加可靠和经济。