全埋式地下污水处理厂结构设计探讨

陈涛

【摘要】安全、经济、实用的结构设计，可以有效提高地下污水厂的功能性、安全性、稳定性，在设计工作中应不断创新设计理念、设计方法，实现污水处理厂结构的合理性设计。

【关键词】全埋式地下污水处理厂;结构设计;超长混凝土结构

全埋式地下污水处理厂已经成为当前污水处理厂的发展趋势，具有节约土地资源，防止周边土地贬值等优点，这种污水处理厂的结构设计较为复杂，在确保各个专业设计合理的基础之上，主要從下面几个方面保障大型全埋式地下污水处理厂整体结构设计的合理性。

1、埋置深度

在整个污水处理厂中，全埋式污水处理厂工程土建部分的造价接近总投资的一半，这要远远的高于地面式污水处理厂的造价。因此，相应设计人员应该重视地下式污水处理厂整体结构设计方案。其中埋置深度是在众多影响污水处理厂结构设计的工程造价因素中较为重要的影响因素之一，它直接关系着土方开挖、施工降水、基坑支护、抗浮设计等工程造价的高低。所以在满足工艺条件的前提下，应对工程造价多方面的影响因素展开相应分析，根据工程状况建立相应的埋置深度工程造价的非线性方程，对目标方程进行解析，为能够选取更加经济、准确的埋置深度奠定坚实的基础。

2、基坑支护设计

全埋式地下污水处理厂主体结构分两层，地下一层为操作层，主要是工作人员的运营管理空间及设备用房，该层层高一般为6m左右;地下二层为水池层，整个工艺流程所有水池结构均在地下二层，该层的平均层高约8m，再加上顶板覆土厚度，基坑平均开挖深度约16m，属于深基坑，根据大量基坑工程的成功实践经验，工程上常用的支护体系按其工作机理和围护墙的形式可分为以下几类：

2.1 SMW工法桩

SMW工法桩首先采用三轴水泥土搅拌桩机对地层进行加固，同时在地层内形成一道类似于咬合排桩的水泥土墙，在水泥土中的水泥尚未凝固前，插入型钢，形成由搅拌桩止水、型钢承受侧向水土压力的组合结构。型钢插入以前在其四周涂刷减摩剂，在基坑开挖结束、主体结构施工完成以后，用千斤顶将型钢拔出重复利用。SMW工法桩不仅止水，也能挡土，对挖深相对较浅的基坑具有较好的经济型。但SMW工法桩的缺点是刚度较低，对周边土层变形控制能力相对较差，对开挖较深且宽度较宽的基坑不宜采用。

2.2地下连续墙+内支撑

地下连续墙具有刚度大、变形小、安全可靠等优点，在深大基坑中应用较多。实践表明，地下连续墙方案具有较高的止水性，同时也具有更高、更好的整体性，如今我国在建设地下式污水处理厂的时候，常常将基坑支护技术和永久性池体相结合，但是在这种结合之下依旧有很多技术性的问题存在，还需要相应的工作人员不断的研究与分析，从而解决相应的问题。例如：应用池体内部结构和地连墙的连接方式等。众所周知，污水厂具有较多的施工工序，同时施工周期也比较长，基坑支护应用内支撑技术会给施工带来影响。

2.3三轴搅拌桩+钻孔灌注桩+预应力锚索

三轴搅拌桩能起到很好的止水作用，钻孔灌注桩+预应力锚索能起到控制基坑变形的作用，此支护形式相比内支撑具有较多的优点：便于基坑土方开挖和污水厂地下箱体施工;用拉锚代替钢支撑或混凝土支撑，可大量节省材料，在工期和经济上有优势;拉锚的设计拉力可由抗拔试验来获得，因此保证了设计的安全度，所以此方案具有广泛的适用性。但对于有较深厚的淤泥质等软土适用性差，因为淤泥层较厚不能够提供可靠、稳定、较大的锚拉力。同时紧邻基坑四周若有桩基础的建筑物，锚索施工会对周边建筑物基础造成影响，因此遇到上述两种情况需慎重考虑。

3、主体设计分析

3.1抗浮设计

一般池体的抗浮设计方案主要有增加顶板覆土重量、底板配重、抗拔桩和抗浮锚杆等设计方案。增加顶板覆土重量一般要和顶部绿化景观相结合，通过增加压重来抗浮;底板配重适用于池体所受浮力不大，通过在底板配以适当厚度的素混凝土来增大抗浮力;抗浮锚杆适用于基底以下有埋深较浅且强度较高的岩层;抗拔桩的适用范围较广，但也要根据地质情况，从经济角度考虑合理选用。设计人员对于具体工程应从经济性、安全性以及可实施性等多方面因素考虑，最终选用合适的抗浮设计方案。

3.2结构柱网布置

全埋式地下污水处理厂顶部一般是市政公园，顶板的覆土厚度不低于1.5m，致使顶板的荷载较大，同时根据工艺条件及工艺设备运行的要求，其中某些区域（如二沉池区域）池体区格内不能设置结构竖向构件，导致结构柱网的跨度较大。同时为了降低污水厂的层高，控制埋深，对结构竖向构件及水平构件截面尺寸的控制提出了更高的要求。针对污水厂顶板荷载较大的情况，为了控制好结构构件的截面尺寸，下面以宁波某日处理量15万吨的全埋式污水厂为例，该污水厂箱体平面尺寸为320m×118m，该箱体除二沉池及高效沉淀池区域外，尽量把结构柱网控制7米左右，让水平构件截面尺寸得到控制来满足其它专业对建筑内部净高的要求。在二沉池区域，由于工艺需要沿一个方向的柱跨度达到13m，所以在另一个方向的柱网间距可以适当减少至5m，同时此区域的污水厂顶板次梁采取沿长跨方向较小间距单向布置的方式，可以降低梁高，以达到建筑内部所需的净高。

3.3超长钢筋混凝土结构设计

根据给水排水工程构筑物结构设计规范规定，现浇混凝土构筑物伸缩缝最大间距为30m，而大型全埋地下式污水处理厂主体结构的长和宽一般都有数百米，为满足污水处理构筑物的工艺要求，减少水处理构筑物的渗漏隐患，需要适当放宽伸缩缝的间距，尽量减少伸缩缝的数量。一般可以采取以下措施：设置适当数量的后浇带或加强带;采用收缩小的水泥、减小水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂（如微膨胀混凝土外加剂）等;提高楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。

结语：

总之，在全埋式地下污水处理厂的结构设计过程中，安全、经济、实用的结构设计，不仅可以有效提高污水厂的功能性、安全性、稳定性，还可以充分的满足人们的审美要求。所以，作为新时代的结构设计人员，在设计工作开展过程中要不断创新设计理念、创新设计方法，实现污水处理厂结构的合理性设计。

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