談污水廠構筑物水池結構優(yōu)化設計

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摘要：隨著國家經濟的不斷發(fā)展，環(huán)境保護意識的不斷增強，對城市環(huán)境的要求也越來越嚴格，對于市政來說，污水廠是對環(huán)境影響比較大的建筑工程，因此城市污水廠的結構設計需要結合先進的設計理念，采用先進的施工技術，摒棄落后的水池結構和施工材料，保證污水廠水池結構的穩(wěn)定性，從而更加有效地為城市的環(huán)境建設服務。

關鍵詞：污水廠；水池；結構改造

1前言

國家對環(huán)境保護的重視增強，加之城市發(fā)展迅速，對污水處理的能力和標準也提出了更高的要求。提高污水廠的處理性能是對我國生態(tài)文明建設的積極響應。污水廠在處理生活污水和工業(yè)污水的指標上，需要不斷改進，適應現代環(huán)境保護的標準，設計人員在對污水廠水池改造的設計過程中，需要考慮改造的可行性和經濟性，選擇節(jié)能低耗的方案。

2污水處理廠水池結構設計要點

2.1根據實際情況開展水池結構設計和驗算工作

在對污水廠水池結構設計之前，需要對污水廠所在地進行實地的環(huán)境考察和地質勘探，深入了解當地的水質情況和污水主要來源，從而核算水池結構需要具備的載荷能力，并要進行驗算工作。在對水池結構進行驗算后，還要考慮以下幾方面的影響：1地質條件。要準確驗算巖層結構與水池結構的匹配度。2水池的抗裂度或者裂縫寬度。污水廠水池一般采用鋼筋混凝土結構，因此需要考慮抗裂度和裂縫寬度對水池穩(wěn)定性的影響?？沽讯群土芽p寬度主要跟水池在載荷的作用下，截面的受力狀態(tài)有關?？沽讯仁侵篙S心受力是拉長，而裂縫寬度是軸心受力是變彎。

2.2對污水池表面材料施工工藝進行設計

由于污水處理廠處理的污水包括生活污水和工業(yè)污水，里面含有的雜質種類較多，包括腐蝕性及滲透性比較強的有毒有害離子。所以在對水池表面材料設計時，需要考慮防滲防腐蝕性，從而避免污水對環(huán)境造成嚴重污染。另外由于環(huán)境和天氣的影響，也要考慮材料的伸展和收縮性，保護水池結構的完整性。在具體的施工過程中，設計人員需要叮囑施工人員完成對水池表面材料的多層處理，確保水池的防滲透性和防腐蝕性。

3污水處理廠水池結構設計的主要問題

3.1水池的防滲透性能過低

由于污水池當中的污水經常會含有不良的腐蝕性物質，在長期使用以后經常會造成水池表面出現不良腐蝕和裂縫問題，進而造成了水池產生不良滲透問題，直接影響到了整個水池的工作效果。污水處理廠的水池結構當中，主要是通過鋼筋和混凝土結構組成，這種結構在外部環(huán)境的影響下，很容易產生熱脹冷縮，從而引起應力的變化，因此也有可能會造成水池表面出現混凝土裂縫問題。

3.2水池表面材料的施工工藝設計不足

在傳統(tǒng)的污水處理廠建設過程當中，水池結構的設計工作必須要充分注重水池整體結構的穩(wěn)定性和牢固性，因此將更多的設計重點放在了水池結構的不均勻沉降以及水池表面所產生的裂縫問題上，而忽略了其他因素對水池結構所產生的影響，例如水池表面沒有涂刷防腐材料，同時也沒有針對水池的表面進行二級預防設計工作。在污水池的實際運行過程中，除由于池體的不均勻沉降而使池體表面產生裂縫外，池體的防腐蝕以及防滲透性能較差，也在很大程度上加快了整個水池表面裂縫的擴張速度，同時，污水通過裂縫滲透到混凝土結構內部，進而會對整個水池結構內部形成更加深入和嚴重的破壞。

3.3防滲防漏問題分析

污水廠的水池一般采用鋼筋混凝土結構，為了提高鋼筋混凝土的防滲透性，施工時都會增加混凝土的覆蓋量，進而增加了鋼筋的承受力，從而會加重鋼筋混凝土的變形程度，嚴重的時候會產生不同程度的裂痕，最終破壞了水池結構的完整性，加大了水池的滲透。與此同時，設計者在設計水池的構造配筋時，未按照常規(guī)的圓形或者矩形設計，不規(guī)則的水池設計會造成水池結構載荷不匹配，從而長時間使用，會對水池結構造成破壞性影響，甚至是貫穿性的裂痕，無法保證水池的防滲防漏。另外，根據水處理工藝的要求，需要在水池內部設置預埋件，也會對水池結構產生影響。底部的載荷和鋼筋混凝土的填埋程度不一樣，會造成各個方向的拉伸力不同，從而產生不同程度的裂縫。

3.4抗浮問題分析

尤其在水池放空檢修階段，水池會出現上浮的問題。主要原因是在水池設計過程中，設計抗浮水位選擇不恰當，水池頂板和底板的抗浮性驗算以及整體抗浮不夠準確，抗浮穩(wěn)定系數不能滿足抗浮要求。另外，地質勘探的缺乏，地基處理不當，也會影響水池的穩(wěn)固性，造成上浮。

4主體結構設計分析

4.1具體設計要求

（1）設計的安全系數，具體體現在以下幾個方面。其一，頂蓋強度設計的附加安全系數。通常情況下，水池結構的頂蓋所承受的荷載包括自重荷載、活荷載以及覆土荷載等，在這幾類荷載中，自重荷載和覆土荷載的比例較大。由于土體本身的容重會隨著含水量、密度等因素的變化而發(fā)生改變，并且還具有變異性較大的特點，所以，附加安全系數的選擇應以1.0最為理想。其二，水池池壁設計的附加安全系數。水池池壁的受力載荷主要包括外土壓力、地下水壓力和池內水壓力。內水壓力要按照水池運行時可能出現的最高水位進行設計，這樣就不會因為特殊情況造成水池的載荷壓力過大。（2）裂縫控制。在污水廠的運行過程中，很多水池都會有不建筑規(guī)劃與設計同程度的裂縫。造成裂縫出現的原因有很多，因此在水池設計的過程中，要通過前期的地質勘查，合理的結構設計，盡量減少裂縫的產生及裂縫發(fā)展。對于超長水池，為了防止混凝土水化熱產生的溫度裂縫，還要按照規(guī)范要求設置后澆帶，后澆帶的設置可避免部分不利的溫差及混凝土收縮產生的溫差，從而增大了伸縮縫的間距。后澆帶的間距首先考慮削減收縮力，其次需要考慮的是與施工縫結合。對工期比較緊的工程可以采用UEA混凝土加強帶，依靠加強帶UEA混凝土較大的膨脹應變，補償兩側的溫差變化，可以抵消由于混凝土硬化過程中產生的收縮拉應力。也可對UEA進行調配，這樣就能補償混凝土的收縮，使混凝土收縮溫差≤0，同樣能夠達到增大伸縮縫的目的，另外添加防滲劑便可以達到防滲抗裂的目的。（3）配筋。在設計水池池壁的配筋時，應當按照具體形狀進行區(qū)分，如矩形水池池壁水平方向最小配筋率不得低于0.20%；圓形水池池壁外側最小配筋率不得低于0.35%，內側不得低于0.20%。增加配筋率能增加混凝土的拉伸，因此在結構設計時，在節(jié)點應力集中處沿截面配置細、密的構造鋼筋或網片，可提高構件的抗裂能力。在具有腐蝕性環(huán)境或者處理腐蝕性污水的條件下，需要在混凝土中增加防銹劑，可以增加水池的使用年限。

4.2抗浮設計

通過考察污水廠的實際問題，會發(fā)現抗浮性也是水池結構出現的常見問題。那么在設計的過程中，就要根據當地的實際地質情況，包括天氣及環(huán)境等因素，核算出相對精確的地下水最高水位。水池除滿足整體抗浮要求外，還需對底板等進行局部抗浮驗算。另外，在滿足水處理工藝要求的前提下，與水專業(yè)有效溝通，盡量提高底板的標高，從而達到安全經濟目的；對地下水位隨季節(jié)變化大的區(qū)域，可以考慮在水池四周設置降水井來降低地下水位，達到抗浮的目的。

4.3主體結構的內力計算與分析

主體結構內力分析方法主要有兩種：一是采用經典力學分別對底板及池壁進行簡化計算分析。底板可采用彈性地基梁板法計算筏板內力，也可以采用倒梁樓蓋法進行計算，具體設計時可結合兩者計算結果配筋；外墻池壁可按連續(xù)板進行計算，各層樓板作為支座，其中頂板及中板按鉸支座、底板按固定支座考慮，水平荷載則可水土分算。此種方法的優(yōu)點是計算分析時間較短，缺點是計算結果精度相對較低。二是通過建立空間整體計算模型，采用有限元單元法對箱體結構進行空間整體分析。此種方法可借助有限元軟件，通過對計算模型的合理劃分單元，能夠獲得比較精確的計算結果，且可以根據內力包絡圖進行構件的變截面設計，依據構件內力分布進行配筋設計。此種方法與第一種設計方法相匹配筋更為經濟合理，但計算分析時間較長。

5水廠水池結構的施工

5.1底板施工要點

其一，在對混凝土開展?jié)仓ぷ髦?，首先需要檢查現場地基土壤質量，判斷和確定它是否符合設計要求，如與設計圖紙不符，那就應該根據相關實際情況采取合理的處理措施，處理完成后方可進行混凝土墊層的澆筑。其二，混凝土墊層澆筑完成之后，再進行底板中心、角點處的測量和確定，以此為基礎按照設計尺寸實施放線操作，確定底板邊線、池壁邊線，并且正確描畫鋼筋分布線，沿著所畫分布線進行鋼筋的鋪放與綁扎施工，再實施底板外模板的安裝。其三，在綁扎鋼筋的過程中，需要認真、細致檢查各項參數和指標，主要包括搭接長度、間隔距離、直徑、具體的位置以及預埋件數量等，都必須與相關設計要求和標準相符。對于上下層鋼筋而言，必須通過馬凳筋的應用進行有效固定，以避免在進行混凝土澆筑工作的時候引發(fā)鋼筋塌陷等現象。其四，懸空架設柱基模板，利用體積較小的臨時方木對下方墊層進行支撐，在進行混凝土澆筑的同時取出臨時方木。其五，對于底板，需要進行一次連續(xù)澆筑，在完成此項操作后不得預留施工縫。嚴格控制暫停施工的時間，切忌大于混凝土初凝時間。如果底板厚度較大（大于200mm），需采用插入式振動器進行操作，且要做好混凝土的降溫、防裂等養(yǎng)護工作。其六，對于底板和池壁相連部位的水平施工縫，一般常留在與基礎上口相距500mm的位置，在池壁混凝土澆筑和振搗之前，需要將止水鋼板安裝并固定好。其七，在完成混凝土澆筑施工之后，如果強度小于1.2Mpa禁止振動，同樣不能將腳手架安裝于底板位置。

5.2池壁混凝土澆筑

在實際的施工過程中，水池池壁的固定模板用的鐵絲和螺栓不宜直接穿過池壁，避免大的破壞造成載荷不同，會在以后的使用過程中出現裂縫的隱患。若當螺栓必須穿過池壁時，需采取螺栓上加焊止水環(huán)，止水環(huán)應滿焊。且各個施工縫應做好預處理工程，保證沒有縫隙出現，造成以后的工程隱患。

5.3池體粉刷、防腐層等施工

池體的粉刷、防腐措施應根據構筑物的不同要求進行，對于污水廠的構筑物來說，池體內外壁可根據不同情況采用冷底子油+熱瀝青、聚合物水泥砂漿、氰凝涂料、IPN8710、乙烯基酯防腐涂料等。而在給水廠中對飲水安全要求較高，除在內壁采用聚合物水泥砂漿外，還需再做一層滲透結晶型防水涂料（食品級），外壁的防腐可同污水廠采用氰凝涂料等。

6結束語

在污水處理廠的污水處理池結構設計當中，結構專業(yè)設計人必須要對水池的整體結構設計要點加以明確，同時必須要對水池結構的穩(wěn)定性、安全系數以及表面抗?jié)B漏等相關問題加以充分重視，從而使污水處理池在施工、運行及檢修等過程中都能保證其安全穩(wěn)定，減少后期的改造維修費用，使其能長期有效地發(fā)揮作用。

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作者：燕家琪 李川 常偉 單位：中國市政工程華北設計研究總院有限公司