常熟城西污水处理厂组合式C-A2O污水池结构设计

李远建

（CCDI悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

随着我国经济的发展，全社会对环境的保护意识日益加强，污水处理厂的建设要求也逐步提高。由于建设用地紧张，现在污水处理工艺正逐步将原来分开的单体组合成一个整体，以节约用地。组合式污水处理池的出现大大增加了单体平面长度。根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138—2002）等设计规范对伸缩缝设置的规定，已远远不能满足要求。这将对结构设计带来新的难题和要求，现在出现超长钢筋混凝土水池是一种趋势。同时，污水处理水池对裂缝控制也非常严格，因此有必要对超长钢筋混凝土水池的结构设计做一总结，以满足日益复杂的污水处理池的需要。

1 工程概况

该工程根本工程为常熟市城西污水处理厂二期扩建工程，其中二级处理采用多点进水倒置式A2/O工艺，三级处理采用混凝沉淀过滤工艺，出水采用二氧化氯消毒。该工程已建规模3.0万m3/d，此次扩建规模3.0万m3/d，总规模9.0万m3/d，变化系数为1.34，主体构筑物分两组设计，每组1.5万m3/d。根据场地实际情况，工艺设计了组合式C-A2O平面布置及功能分区。平面总尺寸为70 m×93 m；总高度6.80 m，地面以上5.0 m，地下1.8 m（底板顶面高度）。该组合池基本应按地上构筑物要求设置伸缩缝。按《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138—2002）的要求，外露结构钢筋混凝土伸缩缝最大距离为20 m。这将给整个工艺流程和防水措施等带来较大的不利影响。经过对平面布置的分析和工艺专业的协商，结合以往的设计经验，最终结构采取在长度方向设置两条永久伸缩缝将整个组合生化池分为三部分：A区24 m×70 m；B区27 m×70 m；C区42 m×70 m；宽度70 m方向设置两道后浇带（见图1）。其中，C区池顶部因工艺需要为钢筋混凝土板顶盖。该工程结构设计时重点对C区的钢筋混凝土池体，顶部梁、板等整体结构温度应力进行计算。

图1 伸缩缝、后浇带布置图（单位：mm）

在C区结构设计中采用PMSAP软件对原结构在考虑温度变化和混凝土收缩工况下的结构影响进行计算复核，计算参数采用如下：混凝土弹性模量E=3.0×104MPa，线膨胀系数1.0×10-5；构件刚度的折减系数0.85（未考虑裂缝对刚度的影响）；计算温差取升温30℃，降温30℃；收缩当量温差31℃；松弛系数0.3；温度分项系数1.2；组合系数0.8；楼板定义为弹性膜。定性对相关部位采取加强措施。如在温差作用下，变形不动点在框架的中点，不动点左右两侧的内力、变形基本对称，墙体交接处温度应力集中等。

2 结构设计措施

根据工程实际情况，结合结构形式，并分析了计算结果，采取“抗放结合”的裂缝控制原则。具体如下：

（1）通过设置两道1 m宽后浇带，每个单元划分成三个施工区，后浇带C35比原标号高一级，为UEA膨胀混凝土。膨胀混凝土的限制膨胀率（14 d）应在1.5×10-4～3.0×10-4，应在浇筑地点进行收缩率检测。为了提高混凝土的抗裂性能，施工中对外墙体掺一定比例的抗裂纤维。同时要求施工单位制定详细的大体积施工技术措施，并应严格执行。后浇带宽1 m，最大间距约为37 m。后浇带施工应在主体结构混凝土浇筑两个月后方可进行。后浇带范围内墙体、框架梁的钢筋不切断，次梁和板的钢筋断开搭接。

（2）钢筋混凝土池体、钢筋混凝土框架梁柱、池顶钢筋混凝土等均根据温度应力计算结果进行加强抗拉构造钢筋配置，对长度方向次梁、池顶钢筋混凝土板及钢筋混凝土池壁水平筋也加强配置了一定的纵向受拉钢筋。采用小直径、小间距的原则。该工程不大于150 mm。配筋要求：长度方向框架梁四角的主筋及全部腰筋采用焊接接头连接，并应符合规范要求；次梁四角主筋及楼板纵向上下钢筋采用绑扎的搭接接头，也应符合规范要求。

3 结构施工措施

该工程设计中根据相关参考资料对施工经验的总结及以往工程的经验，对施工措施提出了以下几点要求：

（1）混凝土的配置。砂应采用良好级配的细度模数在2.3～3.0的中河砂，石子应采用5～31.5 mm连续级配碎石。控制石子和砂的含泥量分别不超过1%和3%，砂云母含量不大于1%，否则将降低混凝土强度，还会增加拌和水量，加大混凝土的干缩以及降低抗渗性和抗冻性[1]。

（2）应加强混凝土的振捣及养护，在设计说明中应特别强调混凝土养护应严格按照混凝土施工规范进行。在混凝土终凝后及时加膜覆盖和浇水养护，保持混凝土表面湿润[1]。

（3）该工程应采用满足《混凝土膨胀剂》（GB/T 23439—2009）中Ⅰ型要求的限制膨胀率大于2.5×10-4、质量稳定的膨胀剂。膨胀剂应符合《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119—2013）的要求。减水剂应满足《混凝土外加剂》（GB 8076—2008）的要求[1]。为了进一步降低混凝土的收缩，该工程应采用收缩率低的新一代聚羧酸系高性能减水剂[2]。《补偿收缩混凝土应用技术规程》（JGJ/T 178—2009）中规定平板结构补偿收缩混凝土限制膨胀率不小于5×10-4，梁墙体结构不小于2.0×10-4；根据实际工程情况，为保证工程质量及开裂风险最小化，梁板施工区各部位限制膨胀率不小于2.0×10-4；基于设计原则、强度等级、混凝土限制膨胀率及环境条件，要求混凝土配合比方案中后浇带使用的填充用微膨胀混凝土的设计强度等级应比两侧混凝土提高一个强度等级。水胶比应控制在0.55以下。

（4）掺合料。粉煤灰掺量不宜大于20%。矿粉掺量不宜超过胶凝材料用量的50%。同时粉煤灰和矿渣粉掺合料总量不宜超过胶凝材料用量的50%。

（5）运至浇筑地点的混凝土塌落度应尽量采用较小的混凝土塌落度（在满足施工要求的条件下）。混凝土构件用的混凝土塌落度宜小于120 mm。

（6）用水量不大于170 kg/m3。

4 超长混凝土结构施工质量保证措施

（1）超长结构设计关键在施工技术措施上，要求该混凝土配合比准确、搅拌均匀。

（2）混凝土浇筑时,后浇带的两侧需用密孔铁丝网拦隔，以防非收缩混凝土混入后浇带，以免影响设置效果；同时严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位，以免形成潜在的冷缝或薄弱点。另外在混凝土浇筑、振捣过程中应掌握时间，在接近混凝土临界振捣时间前进行二次振捣、二次压抹，使混凝土中的成分重新组合，排除混凝土中的孔隙和多余水分，使混凝土更加密实，以达到减少混凝土收缩裂缝的目的[2]。

（3）后浇带浇筑前，应将先期浇筑的混凝土表面按施工缝的要求清理干净、充分湿润，尤其是外贴式橡胶止水带表面必须清理干净。

（4）混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升不宜大于50℃，混凝土的里表温差不宜大于25℃，养护时间不应少于14 d，拆模时浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。夏季炎热时，混凝土入模温度宜控制在30℃以下；冬季严寒天气时，混凝土入模温度宜控制在5℃以上。

5 结 语

（1）混凝土的结构裂缝在最冷季节和最热季节施工时最容易出现，因此合理安排施工周期非常关键，特别是后浇带的闭合时间应尽量符合设计要求。

（2）改善施工措施，重视养护，严格控制混凝土的内外温差，改善混凝土性能，配置温度钢筋提高混凝土的抗裂性。建议外池壁中增加一定比例的抗裂纤维。

（3）“计算温度应力＋设置后浇带”的做法具有以下优点：增强了混凝土结构的整体性；有效提高了混凝土的抗裂性。

（4）外露的池壁及池顶梁板等建议采取措施保温砂浆粉刷。减小结构构件受外部温度变化的影响。

（5）温度应力的计算目前是一个较难定量的问题，设计中的温度应力计算结果与工程实际有较大差距的主要原因如下：

a.应力松弛系数的取值与实际不符。

b.计算温度应力时需将楼板定义为弹性膜，未考虑楼板与梁整体作用。

c.未考虑后浇带影响等，这是今后需要研究的方向。

d.对超长方向边框架梁及池壁、板等构件加强抗拉钢筋配置。

通过“计算温度应力+设置后浇带”及制定严格的施工技术措施等，适当超过规范设置伸缩缝是可能的。目前常熟城西污水处理厂改扩建工程——组合式C-A2O污水池单体已投入使用四年多，未发现明显问题。