某污水处理厂生化池垮塌事故调查及原因分析

陈丽英,王 海,丁智潮

(1.嘉善县城市建设投资有限公司,浙江 嘉善 314100；2.浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江 杭州 310012)

某污水处理厂生化池垮塌事故调查及原因分析

陈丽英1,王 海2,3,丁智潮2,3

(1.嘉善县城市建设投资有限公司,浙江 嘉善 314100；2.浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江 杭州 310012)

通过对某生化池局部垮塌事故的调查,及对该生化池进行整体建模和有限元分析,结果表明池壁侧向压力对整体结构受力变化具有一定的影响,进而对该类结构在工程实践中应考虑的相关问题提出了建议。

生化池;侧向压力;垮塌;轴向拉力

1 概 述

某污水处理厂生化池工程在竣工调试过程中发生池壁开裂,局部垮塌事故。该生化池设计采用水泥搅拌桩地基处理,梁式筏板基础,地上为3层钢筋混凝土框架结构,钢筋混凝土侧壁,层间连梁拉结。事故现场2～3层以上部分的纵向外池壁整体侧向滑落,发现部分连梁主筋呈颈缩拉断状态。

2 结构受力分析

该生化池水池的结构组合因侧壁的存在,结构受力情况较为复杂,且须同时考虑池壁侧向压力对整体结构的受力影响,尤其是水平杆件。遂采用Midas/gen对该生化池进行结构整体建模分析[1- 2],以分析该生化池垮塌事故的原因。计算模型见图1。

图1 生化池结构整体计算模型

2.1 计算参数

生化池各楼面盛水时对池壁施加水侧压力,侧压力沿池壁高度呈三角形分布,荷载情况见表1；生化池各层锥形体平面等效荷载取值见表2。

表1 各楼层盛水荷载

表2 锥形体荷载取值

2.2 计算结果

结构自重与池壁侧向压力的荷载标准组合作用下,计算结果如下：

2.2.1 连系梁轴向拉力

由于侧水压力的作用,生化池中的连系梁受到较大轴向拉力作用。在自重及水池侧压力作用下, 5.300 m标高处连系梁最大轴向拉力为246.3 kN,7.400 m标高处最大轴向拉力为273.2 kN,具体计算结果见表3。13.100 m标高处连系梁最大轴向拉力为237.1 kN,15.500 m标高处连系梁最大轴向拉力为250.5 kN,17.900 m标高处连系梁最大轴向拉力为230.2 kN,具体计算结果见表4。

表3 5.300 m、7.400 m标高部分连系梁荷载标准 组合作用下计算结果

构件名称及部位5 300m标高轴拉力/kN纵筋应力/MPa7 400m标高轴拉力/kN纵筋应力/MPa-Ⓙ轴梁199 8324 9217 2353 2-Ⓙ轴梁212 2345 0239 1388 8-Ⓙ轴梁206 7336 1235 1382 3-Ⓙ轴梁213 5347 2239 8389 9-Ⓙ轴梁195 5317 9207 6337 6

表4 15.500 m、17.900 m标高部分连系梁荷载标准 组合作用下计算结果

构件名称及部位15 500m标高轴拉力/kN纵筋应力/MPa17 900m标高轴拉力/kN纵筋应力/MPa -轴梁241 0391 9205 2333 7 -轴梁249 8406 2230 2374 3 -轴梁193 9315 3182 8297 2 -轴梁240 9391 7205 3333 8

2.2.2 池壁水平向弯矩

3.200～10.400 m标高范围内池壁水平向最大弯矩为69.2 kN·m/m,见图2；13.100～20.300 m标高范围内池壁水平向最大弯矩为139.7 kN·m/m,见图3。

图2 3.200～10.400 m标高池壁水平向弯矩图

图3 13.100～20.300 m标高池壁水平向弯矩图

3 垮塌原因分析

3.1 层间连系梁

3.2 生化池侧壁

增大后的弯矩作用于生化池侧壁,从结构的连续性受力考虑,底板与侧壁应具有相当的抗弯性能,由于底板钢筋仅在侧壁做锚固处理,底板与外壁交接处不能有效地承担外壁传递而来的弯矩作用,底板与外壁交接处就形成了水池的薄弱部位,因此，生化池2层、3层破坏部位的外壁与底板、外壁与壁板在连接处撕裂,而破坏面较平整。

3.3 综合分析

在完全按图施工的前提下,在结构自重及水池侧向压力的荷载标准组合作用下的弹性计算结果表明：生化池部分水平连系梁纵向钢筋应力已接近或超过钢筋的屈服强度,加上施工过程中钢筋规格偏小,使得生化池的侧壁约束减弱与边界条件发生变化,进而使得生化池结构受力产生内力重分布,相邻连系梁与池壁的内力增加,从而导致更多的横向连系梁与池壁发生破坏,在构造薄弱处尤为明显。该生化池的垮塌事故是由于设计存在一定缺陷且施工质量缺陷等综合作用导致的。

4 结 语

通过采用Midas/gen对该案例中生化池的结构进行整体分析,发现侧向压力对池壁外侧临空的水池结构设计受力影响的重要性,建议在对同类型结构设计阶段中应考虑以下几点问题：

1)池壁外侧临空的水池结构设计时,应采用整体空间模型进行计算分析,重视池壁侧压力对整体结构受力的影响,尤其是对水平结构产生的轴拉力。

2)层间水平连系梁必须考虑因池壁侧压力引起的轴向拉力,严格按照规范要求对裂缝宽度的计算进行控制。

3)在外壁传递的弯矩作用下,底板与池壁的连接构造措施应能保证结构受力的连续性。

4)结构设计时应充分考虑生化池壁侧向压力的传导路径和传力终端的受力位置,增强空间刚度及稳定性。

[1] 中国建筑科学研究院.GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2016．

[2] 北京迈达斯技术有限公司.Midas- Gen用户手册[M]．北京：北京迈达斯技术有限公司，2014.

Investigation and Causes Analysis of the Biochemical Pond Collapse Accident for a Water Treatment Plant

CHENLiying1,WANGHai2,3,DINGZhichao2,3

2017- 03- 20

陈丽英(1975—),女，浙江嘉善人，工程师，从事建筑工程管理工作。

TU746.1

B

1008- 3707(2017)04- 0011- 02