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非洲某站場工程位于撒哈拉沙漠北部，建有6座大型聯(lián)體水池，采用雙池并聯(lián)對稱布局，每座水池由兩個單元池和一個中間閥室組成，結(jié)構(gòu)形式獨特。水池底板臥地，主體位于地上，采用有蓋結(jié)構(gòu)，在池頂檢修通道入口處設置小屋。單池長×寬×高為24m×18m×7.5m，最高液位5.5m，最低液位0.3m，容量2000m3。內(nèi)部設有減淤導流墻，左側(cè)單元池頂部建有飲用水塔一個。閥室平面尺寸 26 m×11 m，底板相對水池下凹3 m，室內(nèi)安裝管道、閥門、梁式吊車和檢修平臺等。
工程現(xiàn)場位于炎熱干燥的撒哈拉沙漠地區(qū)，自然條件惡劣，季節(jié)最大溫差平均 35℃，晝夜最大溫差15℃，年最大降雨量僅200mm。地表覆蓋薄層細砂，地下是強風化或中風化巖石，局部存在密實粗砂和礫砂，揭露深度100m以內(nèi)未見地下水。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，將6座水池的地基分為四類，其中基床系數(shù)取值參見文獻。閥室地基為中風化巖。
聯(lián)體水池作為大型水工構(gòu)筑物，其結(jié)構(gòu)形式屬于典型混合結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)包含鋼筋混凝土水池和閥室框架結(jié)構(gòu)兩大體系，通過空間變形協(xié)同和耦合效應結(jié)合在一起，因此在進行結(jié)構(gòu)分析時可以將其視為兩個空間子系統(tǒng)，分別對其受力特點進行分析，并著重研究其相互間的影響和作用。主要對基礎底板、水池側(cè)壁、閥室墻體、池蓋和閥室屋蓋的設計方案進行有限元分析。
根據(jù)工藝管道和設備安裝要求，閥室和水池底板高差3m，閥室底部埋地。水池僅底板埋地，埋0.6m，底板受溫度作用影響不顯著。因此，將水池與閥室底板連接起來，形成緩沖池整體筏板基礎#閥室出水端墻外凸5m，來水端墻內(nèi)凹3m，考慮施工方便，把閥室底板延伸至與水池外側(cè)池壁平齊。
由水池地基分類可知，單元池底板的地基土層大多為基巖，根據(jù)CRCS 138：2002第 7.1.3 條，露天環(huán)境下巖基水池最大伸縮縫間距為15m；與水池尺寸比較可知，單元池短邊可不設置伸縮縫，長邊應設一道伸縮縫；根據(jù)該規(guī)范第 7.1.4 條，伸縮縫應貫通，但執(zhí)行該規(guī)定的難度較大，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）池體相對位移引起的管道附加應力無法準確估算，因此與伸縮縫兩側(cè)池體相連的同一管道中必須設置柔性接頭，需要修改管道設計。（2）由于水池底板埋地且埋深僅 0.6m，周圍土層無法為伸縮縫兩側(cè)池體提供足夠推力。（3）導流墻$池壁和頂板均要設縫，總長度約100m，一旦防水失效容易引起大量滲漏。因此，采取在結(jié)構(gòu)計算時考慮溫度作用、在施工時使用混凝土添加劑等減小混凝土收縮的措施，單元池長邊不設伸縮縫，符合規(guī)范第 7.1.3 條。
氣象報告顯示，閥室內(nèi)外空氣最大溫差10℃，閥室內(nèi)空氣與池內(nèi)水體最大溫差 5℃，因此閥室外墻與池壁之間應設置溫度縫，防止墻體與池壁連接部位開裂；閥室入水和出水端墻的墻根與筏板基礎相連，頂部與屋蓋相連，給墻體提供足夠支撐以增加穩(wěn)定性。
將導流墻頂部與頂蓋相連，僅保留豎直墻端為自由邊。導流墻作為屋頂梁板的支撐，可顯著減小梁板跨度。導流墻將屋面板分隔為等邊雙向板格，頂蓋內(nèi)部由墻體支撐，不單獨設柱，節(jié)省了空間。水池頂梁支撐于池壁頂端，梁端池壁在集中力作用下容易開裂，因此在池壁頂部設置構(gòu)造圈梁，與池壁同寬，圈梁的設置同時提高了頂蓋的整體剛度。
閥室屋蓋為梁板結(jié)構(gòu)，屋蓋主梁支撐有如下方案：方案1為主梁端與池壁固接，閥室屋蓋與池頂蓋連為一體；方案2為主梁鉸支于水池壁頂部，屋蓋與池頂分離；方案3為在閥室內(nèi)建造框架柱，用于支撐屋蓋。考慮到室內(nèi)立柱會影響吊車運行、管道布置與檢修作業(yè)，不能滿足工藝要求，因此僅研究方案1、2。
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