第31卷第5期2012年10月四川水力发电SichuanWaterPower
Vol．31，No．5Oct．，2012
竖流式沉淀池结构特性研究
高
1
峰，吴
1
迪，熊
2，31堃，康昭君
（1．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072；2．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；
3．国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010）
摘
要：介绍了采用三维有限元方法对某地面竖流式沉淀池进行的结构计算，根据计算结果，完成了施工图设计。该沉淀
运行情况良好。池已建成近一年，
关键词：竖流式沉淀池；结构特性；有限元中图分类号：TV22；TV3；TV31
文献标识码：
B
2184（2012）05-0130-03文章编号：1001-
为满足环保要求，水电工程人工骨料加工过程中产生的砂石废水须经处理并达标后方能排放或
回用。竖流式沉淀池是砂石废水处理流程中常见的固液分离设施。常规竖流式沉淀池为半地下式，需增设动力设备或进行二次场平。因此，可将竖流式沉淀池布置为地面式，利用钢筋混凝土抵抗拉、压应力的能力来满足结构强度与稳定性要求。常规水池的结构计算有理论计算和数值模拟两种方法。理论计算方法是根据各构件的受力情况计算其内力，同时结合相邻构件的连接方式考
［1，2］
。但该方法虑节点处力和弯矩的传递或分配
不适用于复杂的水池结构。常用的竖流式沉淀池结构设计方法仅为针对半地下式的布置方式采用
［1］
理论方法进行计算。近年来，随着ANSYS、ADINA等大型通用有限元软件的兴起，数值模拟
方法开始应用于水池结构计算中。李明义
［3］
模
拟了预应力钢筋混凝土圆形水池的受力情况；俞
［4］［5］
少林、李琪分析了已建水池出现裂缝的原因；毛
炜
［6］
计算了水池的沉降量。但应用数值
模拟方法计算竖流式沉淀池的应力状况的研究还未见报道。
笔者采用三维有限元方法对某地面式竖流沉淀池进行了结构计算，研究成果为该沉淀池的结可供同类工程参考。构设计提供了依据，1工程概况
某大型水电站人工骨料加工系统生产废水处
（a）平面布置图（b）沉淀池单体结构图
图1沉淀池平面布置及单体结构图/mm
04-17收稿日期：2012-基金项目：中国博士后科学基金。编号：2012M511594．
国家大坝安全工程技术研究中心研发课题（2011NDS021）
理场内有6座地面竖流式沉淀池，共用一筏板基础。场址处地基为砂砾石土，中等密实，地基承载力为250kPa。其布置型式和结构尺寸详见图1。
130SichuanWaterPower
高峰等：竖流式沉淀池结构特性研究2012年第5期
2计算模型
根据沉淀池的对称性特点，取1/4结构和地
模型范围为：基础面竖直向下基进行有限元计算，
延伸10m，侧面向外延伸15m。采用大型通用有
限元软件ADINA进行计算，全部采用8节点六面体单元进行网格剖分，有限元网格见图2。其中
X向为池组的短单元46401个，节点54279个，Y向为池组的长跨方向，Z向为竖直向。跨方向，
混凝土及地基材料采用线弹性本构进行静力分
析，主要荷载为结构自重与池内水体静力荷载。
体应力的控制工况。沉淀池主要发生竖直向的沉
池体最大沉降3．6cm，而池体本身相对降变形，
主应力分布情变形较小。池体应力极值见表1，
况如图3所示，应力以拉为正。由于受到池内水压力的作用，在水平的X向与Y向结构的拉应力较大，两方向应力值基本一致；在Z向，因其主要受自重作用，池体以受压为主。从图3所示的主应力分布情况看，在池内的角隅处拉应力较大，其中最大主拉应力达到3．1MPa，在池体外表面的圈梁跨中以及其附近区域的拉应力值也较大，均超过了混凝土的抗拉强度，需要进行配筋处理；池体中上部压应力较小，在基最大值达到了座处受到相对较大的压应力作用，3．06MPa，但由于在斜板与基础连接处设置了截面扩大的基座结构，改善了该部位的应力状况，故其静力条件下远小于混凝土的抗压强度，抗压安全裕度大。
3．2基础应力状况及地基承载力
图4给出了静力条件下运行工况基础应力分布情况，基础在竖直向以受压为主，但在水平向存
图2沉淀池有限元模型图
在一定区域的拉应力。由图4可见，在基础顶面两底座间的区域，两个方向分别存在0．84MPa与0．76MPa的拉应力，但拉应力极值不大。去除应池底地基竖直向压应力均小于0．15力集中点后，MPa，满足地基承载力要求。
/MPa
Z向
压
－1．74
拉0．62
压－2．92
主拉应力3．1
主压应力－3．06
33．1
沉淀池结构特性分析池体应力变形
在静力条件下的运行工况（池内满水）为池
表1
X向
拉2．78
压－1．72
拉2．79
Y向
池体应力极值表
（a）主拉应力（b）主压应力
图3静力条件下池体主应力分布图（单位：MPa）
SichuanWaterPower
131
第31卷总第154期四川水力发电2012年10月
（a）X向（b）Y向
图4静力条件下基础顶面正应力分布图（单位：MPa）
［D］．天津大学硕士学位论文，2005．
［4］俞少林．水池设计质量问题分析及处理［J］．化工设计，
2007，17（4）：47－48．［5］李［6］毛
．特琪，谢云飞．某钢筋混凝土水池裂缝成因分析［J］炜，沈
晔．柔性水池在弹性地基上的沉降研究［J］．
2007，24（1）：20－23．种结构，
2008，25（1）：52－54．特种结构，作者简介：高吴熊
），峰（1968-男，湖南益阳人，专业副总工程师，高级工程师，学士，从事水电站环保工程设计与研究；
），迪（1984-男，四川中江人，副室主任，工程师，硕士，从事水电站环保工程设计与研究；
），堃（1984-男，湖北谷城人，在站博士后，工程师，博士，从事水工结构抗震设计与研究；
），康昭君（1983-男，四川三台人，工程师，学士，从事水电站环保
工程设计与研究．
（责任编辑：胡友权）
4结语
笔者应用有限元软件ADINA，分析了某地面
竖流式沉淀池的结构特性。由计算结果可知，沉淀池增加的基座结构能够有效地改善斜板和基础连接处的压应力状况；池体圈梁和斜板角隅处拉应力较大，应注意配筋设计。根据笔者的计算结果，最终完成了施工图设计，该沉淀池已建成近一年，运行情况良好。
参考文献：
［1］《给水排水工程结构设计手册》编委会．给水排水工程结构
．北京：中国建筑工业出版社，设计手册（第二版）［M］2007．
［2］给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程，CECS138︰
2002［S］．
［3］李明义．大型预应力混凝土圆形水池受力分析与配筋
檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾（上接第123页）逐步实现环境的可持续发展。保护理念、态环境恢复措施效果显著，有效保护和改善了项目区的生态环境。
在溪洛渡工程顺利建设的同时，工程环境监理和环境管理取得的成功经验，对我国目前水电建设项目的环境监理和环境管理将提供很好的帮助和借鉴，有利于水电行业环境监理和管理工作
作者简介：
），戴松晨（1972-男，江苏常州人，副主任，高级工程师，工程硕士，
从事水电工程环保、水保工作；
），王小明（1966-男，四川西充人，副处长，教授级高工，学士，从事
水电工程环保、水保工作；
秦
），苏（1973-男，重庆合川人，室主任，高级工程师，学士，从事水电工程环保、水保工作．
（责任编辑：胡友权）
的逐步发展进步，也将促进项目建设中贯彻环境
檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶
中国水电路桥公司公路工程施工总承包特级资质通过核准
6月4日，《关于核准建设工程企业资质名单的公告》（住建部公告第1389号），住房和城乡建设部发布正式核准中国水电路桥公司公路工程施工总承包新特级资质。特级资质是建筑施工企业的最高资质，既是企业的身份证，又是高端市场的通行证。为保持路桥公司作为高端建筑企业的领先优势，维护路桥公司品牌形象，确保特级资质能够顺利就位，
《特级标路桥公司于2009年正式成立了特级资质就位领导小组，正式启动了新特级资质申报工作。2011年初，针对新
准》的各项要求，路桥公司对照特级资质申报条件，逐项细化、落实各项工作内容。最终在股份公司工程科技部、信息中心的大力支持下，经过路桥公司各有关部门的精心准备和不懈努力，顺利通过交通部特级资质专家组现场核查并获得核
“十二五”准。路桥公司特级资质成功就位，为路桥公司在期间健康、快速发展奠定了坚实的基础。132
SichuanWaterPower
第31卷第5期2012年10月四川水力发电SichuanWaterPower
Vol．31，No．5Oct．，2012
竖流式沉淀池结构特性研究
高
1
峰，吴
1
迪，熊
2，31堃，康昭君
（1．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072；2．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；
3．国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010）
摘
要：介绍了采用三维有限元方法对某地面竖流式沉淀池进行的结构计算，根据计算结果，完成了施工图设计。该沉淀
运行情况良好。池已建成近一年，
关键词：竖流式沉淀池；结构特性；有限元中图分类号：TV22；TV3；TV31
文献标识码：
B
2184（2012）05-0130-03文章编号：1001-
为满足环保要求，水电工程人工骨料加工过程中产生的砂石废水须经处理并达标后方能排放或
回用。竖流式沉淀池是砂石废水处理流程中常见的固液分离设施。常规竖流式沉淀池为半地下式，需增设动力设备或进行二次场平。因此，可将竖流式沉淀池布置为地面式，利用钢筋混凝土抵抗拉、压应力的能力来满足结构强度与稳定性要求。常规水池的结构计算有理论计算和数值模拟两种方法。理论计算方法是根据各构件的受力情况计算其内力，同时结合相邻构件的连接方式考
［1，2］
。但该方法虑节点处力和弯矩的传递或分配
不适用于复杂的水池结构。常用的竖流式沉淀池结构设计方法仅为针对半地下式的布置方式采用
［1］
理论方法进行计算。近年来，随着ANSYS、ADINA等大型通用有限元软件的兴起，数值模拟
方法开始应用于水池结构计算中。李明义
［3］
模
拟了预应力钢筋混凝土圆形水池的受力情况；俞
［4］［5］
少林、李琪分析了已建水池出现裂缝的原因；毛
炜
［6］
计算了水池的沉降量。但应用数值
模拟方法计算竖流式沉淀池的应力状况的研究还未见报道。
笔者采用三维有限元方法对某地面式竖流沉淀池进行了结构计算，研究成果为该沉淀池的结可供同类工程参考。构设计提供了依据，1工程概况
某大型水电站人工骨料加工系统生产废水处
（a）平面布置图（b）沉淀池单体结构图
图1沉淀池平面布置及单体结构图/mm
04-17收稿日期：2012-基金项目：中国博士后科学基金。编号：2012M511594．
国家大坝安全工程技术研究中心研发课题（2011NDS021）
理场内有6座地面竖流式沉淀池，共用一筏板基础。场址处地基为砂砾石土，中等密实，地基承载力为250kPa。其布置型式和结构尺寸详见图1。
130SichuanWaterPower
高峰等：竖流式沉淀池结构特性研究2012年第5期
2计算模型
根据沉淀池的对称性特点，取1/4结构和地
模型范围为：基础面竖直向下基进行有限元计算，
延伸10m，侧面向外延伸15m。采用大型通用有
限元软件ADINA进行计算，全部采用8节点六面体单元进行网格剖分，有限元网格见图2。其中
X向为池组的短单元46401个，节点54279个，Y向为池组的长跨方向，Z向为竖直向。跨方向，
混凝土及地基材料采用线弹性本构进行静力分
析，主要荷载为结构自重与池内水体静力荷载。
体应力的控制工况。沉淀池主要发生竖直向的沉
池体最大沉降3．6cm，而池体本身相对降变形，
主应力分布情变形较小。池体应力极值见表1，
况如图3所示，应力以拉为正。由于受到池内水压力的作用，在水平的X向与Y向结构的拉应力较大，两方向应力值基本一致；在Z向，因其主要受自重作用，池体以受压为主。从图3所示的主应力分布情况看，在池内的角隅处拉应力较大，其中最大主拉应力达到3．1MPa，在池体外表面的圈梁跨中以及其附近区域的拉应力值也较大，均超过了混凝土的抗拉强度，需要进行配筋处理；池体中上部压应力较小，在基最大值达到了座处受到相对较大的压应力作用，3．06MPa，但由于在斜板与基础连接处设置了截面扩大的基座结构，改善了该部位的应力状况，故其静力条件下远小于混凝土的抗压强度，抗压安全裕度大。
3．2基础应力状况及地基承载力
图4给出了静力条件下运行工况基础应力分布情况，基础在竖直向以受压为主，但在水平向存
图2沉淀池有限元模型图
在一定区域的拉应力。由图4可见，在基础顶面两底座间的区域，两个方向分别存在0．84MPa与0．76MPa的拉应力，但拉应力极值不大。去除应池底地基竖直向压应力均小于0．15力集中点后，MPa，满足地基承载力要求。
/MPa
Z向
压
－1．74
拉0．62
压－2．92
主拉应力3．1
主压应力－3．06
33．1
沉淀池结构特性分析池体应力变形
在静力条件下的运行工况（池内满水）为池
表1
X向
拉2．78
压－1．72
拉2．79
Y向
池体应力极值表
（a）主拉应力（b）主压应力
图3静力条件下池体主应力分布图（单位：MPa）
SichuanWaterPower
131
第31卷总第154期四川水力发电2012年10月
（a）X向（b）Y向
图4静力条件下基础顶面正应力分布图（单位：MPa）
［D］．天津大学硕士学位论文，2005．
［4］俞少林．水池设计质量问题分析及处理［J］．化工设计，
2007，17（4）：47－48．［5］李［6］毛
．特琪，谢云飞．某钢筋混凝土水池裂缝成因分析［J］炜，沈
晔．柔性水池在弹性地基上的沉降研究［J］．
2007，24（1）：20－23．种结构，
2008，25（1）：52－54．特种结构，作者简介：高吴熊
），峰（1968-男，湖南益阳人，专业副总工程师，高级工程师，学士，从事水电站环保工程设计与研究；
），迪（1984-男，四川中江人，副室主任，工程师，硕士，从事水电站环保工程设计与研究；
），堃（1984-男，湖北谷城人，在站博士后，工程师，博士，从事水工结构抗震设计与研究；
），康昭君（1983-男，四川三台人，工程师，学士，从事水电站环保
工程设计与研究．
（责任编辑：胡友权）
4结语
笔者应用有限元软件ADINA，分析了某地面
竖流式沉淀池的结构特性。由计算结果可知，沉淀池增加的基座结构能够有效地改善斜板和基础连接处的压应力状况；池体圈梁和斜板角隅处拉应力较大，应注意配筋设计。根据笔者的计算结果，最终完成了施工图设计，该沉淀池已建成近一年，运行情况良好。
参考文献：
［1］《给水排水工程结构设计手册》编委会．给水排水工程结构
．北京：中国建筑工业出版社，设计手册（第二版）［M］2007．
［2］给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程，CECS138︰
2002［S］．
［3］李明义．大型预应力混凝土圆形水池受力分析与配筋
檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾（上接第123页）逐步实现环境的可持续发展。保护理念、态环境恢复措施效果显著，有效保护和改善了项目区的生态环境。
在溪洛渡工程顺利建设的同时，工程环境监理和环境管理取得的成功经验，对我国目前水电建设项目的环境监理和环境管理将提供很好的帮助和借鉴，有利于水电行业环境监理和管理工作
作者简介：
），戴松晨（1972-男，江苏常州人，副主任，高级工程师，工程硕士，
从事水电工程环保、水保工作；
），王小明（1966-男，四川西充人，副处长，教授级高工，学士，从事
水电工程环保、水保工作；
秦
），苏（1973-男，重庆合川人，室主任，高级工程师，学士，从事水电工程环保、水保工作．
（责任编辑：胡友权）
的逐步发展进步，也将促进项目建设中贯彻环境
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中国水电路桥公司公路工程施工总承包特级资质通过核准
6月4日，《关于核准建设工程企业资质名单的公告》（住建部公告第1389号），住房和城乡建设部发布正式核准中国水电路桥公司公路工程施工总承包新特级资质。特级资质是建筑施工企业的最高资质，既是企业的身份证，又是高端市场的通行证。为保持路桥公司作为高端建筑企业的领先优势，维护路桥公司品牌形象，确保特级资质能够顺利就位，
《特级标路桥公司于2009年正式成立了特级资质就位领导小组，正式启动了新特级资质申报工作。2011年初，针对新
准》的各项要求，路桥公司对照特级资质申报条件，逐项细化、落实各项工作内容。最终在股份公司工程科技部、信息中心的大力支持下，经过路桥公司各有关部门的精心准备和不懈努力，顺利通过交通部特级资质专家组现场核查并获得核
“十二五”准。路桥公司特级资质成功就位，为路桥公司在期间健康、快速发展奠定了坚实的基础。132
SichuanWaterPower