城市污水处理厂结构设计要点分析

2016-02-08王丹田泽祥庞维亮张晶王亚晓贾子龙

资源节约与环保 2016年6期

关键词：抗浮浮力水池

王丹　田泽祥,2　庞维亮,2　张晶　王亚晓　贾子龙

（1天津市联合环保工程设计有限公司天津3001912天津市环境保护科学研究院天津300191）

城市污水处理厂结构设计要点分析

王丹1田泽祥1,2庞维亮1,2张晶1王亚晓1贾子龙1

（1天津市联合环保工程设计有限公司天津3001912天津市环境保护科学研究院天津300191）

随着经济的快速发展及国家的号召，我国大部分地区都在进行乡村城镇化建设。由于制度的不完善，乡村城镇化建设也伴随着一系列环境问题的滋生，其中污水处理也是亟待解决的问题之一。本文针对污水处理厂中的污水池结构设计中应注意的问题进行了分析，以期推动污水处理厂结构设计手段的完善，改进周边居民的生活环境。

污水处理厂；结构设计；抗浮验算；抗渗验算

污水处理厂作为我国城市污水集中处理的部位，已经成为一个城市不可或缺的一部分。如何设计出安全可靠、技术先进的污水处理厂关系到一个城市的环境污染治理的好坏，因此十分重要。

1　污水处理厂结构设计中常见问题分析

1.1抗渗设计存在的问题

1.1.1混凝土裂缝

污水处理厂一般都是混凝土结构设计而成，如根据构件的承载能力来确定混凝土的强度等级，就有可能因为混凝土强度过高，过量的水泥过多，过量的水化热会引起混凝土变形的增加，温度差会在混凝土的表面形成裂缝，破坏混凝土结构的抗渗性能；水池的结构配筋如没有按照水池形状进行构造配筋，则会引起构造贯穿裂缝。

1.1.2抗浮稳定性

近些年，地下结构因水浮力过大而产生滑移、结构失稳的工程案例很多。在污水处理厂的结构设计中，有很多因素会导致水池的上浮，主要原因有几下几点：（1）结构设计仅满足强度、刚度问题，忽略了抗浮稳定性的计算。（2）勘察报告粗糙，仅提供常年地下水位。（3）没有施工期间抗浮设防措施。

结构设计师在进行污水处理厂结构设计时，除了应对水池的整体抗浮稳定性进行验算外，还应对与池柱相连的结构底板和顶板进行抗浮稳定性验算。

2　污水处理厂结构设计中常见问题的解决措施

2.1抗渗设计

由于常温下的混凝土结构通常都是带裂工作的，因此污水处理厂水池结构裂缝控制十分不易，进行污水池的结构设计时要把结构裂缝控制在一定的范围之内。由于水池结构的渗漏通常都是由变形缝以及混凝土结构产生的裂缝引起的，所以要对水池的变形缝以及混凝土裂缝做好控制措施就可以有效地防止渗漏现象的发生。要合理的选取混凝土的强度等级，必须控制好水泥的使用量，才能有效地减小水化的热温差以及收缩变形，这样就可以控制裂缝的发展。例如使用活性掺合料来减少水泥的使用量；要跟据相关的规范严格地设置沉降缝以及伸缩缝，避免在外界条件发生变化时水池结构生产不规则的应力而导致行程的裂缝；在同一个方向要尽可能地使用直径相同的钢筋；设计水池结构时要充分的考虑穿墙管道的位置和数量，避免在施工以后开凿；钢筋混凝土的水池结构要进行裂缝宽度检验。在水池施工过程中需要采取的防渗漏措施有：（1）不要在高温季节进行施工操作，减小因温度差而引起的温度变形，从而防止裂缝的产生。(2）要严格地控制好水泥与水灰的比例，防止水化热过大而发生的结构裂缝。(3)在施工的时候要对混凝土的质量和塌落度艺进行严格地控制，要多次地进行捣拌来增强混凝土的密实程度。要对混凝土结构及时地进行养护，以此来提高混凝土的抗裂程，防止裂缝发展。(4)对于形成锈蚀以及油污的预埋件要进行及时地清除，保证混凝土与预埋件的粘结紧密，避免形成缝隙。

2.2抗浮稳定性设计

水池浮力是影响水池抗浮稳定性的重要原因之一。水池的抗浮稳定性包括整体抗浮稳定性和局部抗浮稳定性。当水池的浮力大于水池的抗浮力时就会发生水池的抗浮失稳现象。目前，国内没有完整的规范对水池的结构设计进行要求，大多数工程师都是根据手算的结果对水池进行设计。笔者根据自己的工程经验，同时结合《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138:2002）相关的要求，对水池的结构抗浮设计进行了整理。

2.2.1整体抗浮验算

整体抗浮稳定性计算时，对一般的结构，可采用阿基米德原理进行抗浮计算保证结构抗浮力R=GK与浮力作用值S的比值不应大于1.05。在进行整体抗浮设计时，水头高度往往存在误差，因此在进行设计时，须注意地下水的高度以及雨季地下水的高度。结构抗浮力主要有结构自重、覆土厚度、底板外伸部分上部覆土重量等，如整体抗浮不满足要求，则应加大结构自重或增加覆土厚度、增加底板悬挑长度，也可增设抗浮构件等。当设置抗拔构件时如抗拔桩时，应注意抗拔力的选择应在位移的允许值范围之内。

2.2.2局部抗浮验算

对于上部有结构或者上部荷载较大的水池，整体稳定性满足要求的情况下，还应对上部没有结构构件或上部荷载较小的部位分块、分区进行局部稳定性验算。局部稳定性计算与整体稳定性计算类似，以水池结构底板为例，在进水池底板结构局部抗浮稳定性验算时，当结构抗浮力也即是结构自重加覆土重量小于抗浮力时，需要计算底板在浮力作用下的弯矩，进行结构配筋。