對于集水槽的樁基布置，傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計算出的樁數(shù)偏多，不易準確計算出樁承受的水平力。由集水槽結(jié)構(gòu)形式及受力特點分析可以看出，集水槽各部分構(gòu)件之間是相互協(xié)同作用，共同承受集水槽內(nèi)水壓力及其他荷載。平面假定簡化計算只能顧此失彼，不能進行整體計算。因此，為準確真實地模擬集水槽結(jié)構(gòu)整體受力的特性，滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的目的，集水槽的結(jié)構(gòu)設計有必要采用三維有限元整體分析計算。

以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側(cè)集水槽進行有限元三維建模，進行有限元整體結(jié)構(gòu)計算。集水槽底板、側(cè)壁采用Shell181 三維殼單元，暗框架柱、框架頂梁、拉梁，承臺梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁單元。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構(gòu)件。同時，在后處理時能提取集水槽側(cè)壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力，方便直接用于結(jié)構(gòu)設計，進行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個，Bea m188 梁單元共計782 個。

水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續(xù)梁，但與連續(xù)梁彎矩不同之處在于，集水槽壁板同時受拉力，且集水槽水平向的拉力遠大于豎向所受拉力。水平向大彎矩為－258 kN · m/m，大拉力為687 kN/m ；豎向大彎矩為465 kN · m/m，大拉力為113 kN/m。因此，集水槽壁板應按拉彎構(gòu)件進行配筋計算。

通過有限元三維仿真計算分析可知，集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力，應按拉彎構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設計；能準確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力，對暗框架進行優(yōu)化設計，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價。

二沉池是城市污水生物處理工藝中很重要的一個污水處理單元,其主要的作用是促進泥水、固液分離,同時提高回流污泥、剩余污泥濃度。二沉池設計和運行過程中的影響因素很多,如二沉池池型、進水形式、表面積、池深、集水槽處的溢流堰上負荷以及污水的溫度、污泥自身的沉降性能等等。就池型及構(gòu)造而言,二沉池有輻流式、平流式、豎流式3種,池型有圓形、方形,而圓形輻流式二沉池是當前污水生物處理中常見的一種形式。

二沉池集水槽是污水沉淀過程中泥水、固液分離的后一道環(huán)節(jié)和工序,在實際的工程設計中,常見有3種布置形式: 內(nèi)置雙側(cè)堰式、內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式 。內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式均為單側(cè)堰進水,設計堰上負荷基本一致,從構(gòu)造和水力條件來看,兩者沒有明顯的優(yōu)劣之分。內(nèi)置雙側(cè)堰式的集水槽因堰上負荷小、出水水質(zhì)好而應用較多。 但在近的工程設計與應用中發(fā)現(xiàn)雙側(cè)堰進水集水槽主要存在2個現(xiàn)象:

因集水槽內(nèi)平衡孔開孔過大使三角堰均勻集水作用降低。 為此在泉州市水質(zhì)凈化中心的大力幫助下,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池運行時出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象進行了試驗及分析。

一般的二沉池和集水槽較多地采用玻璃鋼或不銹鋼材料 ,為減少浮力對這類集水槽產(chǎn)生的影響 ,集水槽應設平衡孔。 泉州寶洲污水處理廠一期規(guī)模為5.0萬 m3 /d, K總 = 1. 3,現(xiàn)有 2座圓形輻流二沉池即采用了不銹鋼材料做集水槽和三角堰板 ,集水槽采用雙側(cè)集水環(huán)行集水槽 ,環(huán)行槽每 4. 5°開一個平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實際運行過程中沉淀后出水很大比例均從平衡孔中冒出 ,三角溢流堰出水較少從而影響出水水質(zhì)。 為解決平衡孔開設影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒出流公式進行計算 ,平衡孔對三角堰進水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計算平衡孔孔徑經(jīng)推導計算表達式可寫為nd2 = 0. 023 2K總 Q / h1 /2 ( 2) 式中 , n 為平衡孔數(shù); d 為平衡孔孔徑 ( m ); K總為污水總變化系數(shù); Q 為單座二沉池設計污水量 ( m3 /s)。
出水堰槽的設置方式及位置在現(xiàn)行設計水力負荷和停留時間下是影響出水水質(zhì)的一個主要因素 , 上述試驗數(shù)據(jù)雖然進一步驗證了由污水處理廠運行維護與管理等相關(guān)文章提出的圓形中心進水二沉池出水水質(zhì)位置不在靠近池壁處這一現(xiàn)象 ,但理論上還沒有較全面的解釋和分析 ,仍然有深入研究的必要。