污水处理厂结构设计要点总结

2020-11-05郭云

广东建材 2020年10期

郭云

(中都工程设计有限公司福建分公司)

0 引言

地下污水池是污水处理厂结构中的重点组成，然后以此为基础建立相应的建筑。在对其污水处理过程中，会先将污水引入到相应位置，经过细格栅和厌氧池、缺氧池、好氧池、膜池→设备间、消毒池→出水池（洁水）。附属的建筑物有配套的办公楼级宿舍楼（多层建筑）、变配电设备房及门卫等。污水处理厂的规模不同，出水的等级要求不同，所选的工艺也不尽相同。常用地埋式池体如图1 所示。

1 水池及建筑物结构设计要点

1.1 污水处理厂壁板设计

笔者设计过厦门市后溪工业组团污水处理站工程，该处理站为全地埋式，日处理污水量量为2 万t。地下池子尺寸为96.5m×43.1m，池子顶板标高为-1.3m，主池（厌氧池，缺氧池，好氧池，膜池等）埋深为9.3m，即主池的池体高度为8m 高。格栅渠及调节池埋深为10.6m,设备房等埋深为7.5m。

图1 常用池体

该构筑物的池壁设计分外墙（WQ）和内墙（SQ），池壁的的计算主要为抗弯计算，剪力和压力均能满足。弯矩的计算一般按两种受力情况包络：外墙①池内无水池外有土，②池内有水池外无土；内墙①两侧池体均有水，②单侧有水另一侧无水。后溪污水厂厌氧池和缺氧池外墙体单片长度达到27m 长。池壁可考虑按三边嵌固一边简支的板计算。如果按壁板（单片外墙）实际长度计算，壁板为三边固定一边简支的单向板；壁板的计算厚度为800mm，底板厚度按规范要求取值为壁厚的1.2 倍，取厚1000mm，同时壁板的竖向配筋达28@100。如果外墙壁板通过设置扶壁柱作为受力支点，扶壁柱根据外墙尺寸大概间距为4.5m～5.25m 之间，布置扶壁柱后池体外墙壁板计算为三边固定一边简支的双向板，壁板的计算厚度约为450mm，底板厚550mm；同时壁板的竖向受力钢筋为20@100 即可。虽然增加扶壁柱，但对比没有设置壁板方案该做法不仅大大减少了混凝土量及配筋量，同时还不影响工艺池子的池容，满足工艺的功能需求。设置扶壁柱如图2 所示。

图2 扶壁柱设置示意图

1.2 污水处理厂抗浮设计

池体的抗浮稳定验算是设计中必不可少的一步。

⑴自重抗浮满足：当池体埋深较浅，上部为多层设备间时，仅自重就可满足抗浮的要求；即可以满足《建筑地基基础设计规范》GB50007－2011 中5.4.3 条Gk/Nw,k≥Kw 的要求（Kw 可取1.05）。其中Gk 的取值为：上部结构自重（为不考虑活载及后砌筑砖墙线载情况下的1.0 横工况荷载）+筏板自重+地下室内配重+地下室挑板配重的正向力总和；Nw,k 为抗浮标高下的水浮力。

⑵压重抗浮法：当池体的抗浮和自重相差大概10%时①可以通过加大池壁厚度或者池体底板厚度；②池体加深，在池体内部回填素混凝土配重；③加大底板挑板外伸长度，以增加外伸板上的土体自重作为配重。

⑶锚固抗浮法：当池体无上部（设备间独立设置）并采用全地埋式或者自重和抗浮相差太大时，可考虑采用抗拔桩或者设置抗浮构件（如锚杆）等措施。

⑷排水限压法：设置降水井长期降水，满足抗浮要求。

上述厦门市后溪工业组团污水处理站工程，其抗浮设计采用降水法，布置降水井长期降水以满足抗浮要求；根据该工程的基础数据计算的抗浮降水法情况说明如下：①正常使用时，水池总水量不小于15000m3；②水池水量不小于10000m3时，室外降水高度为-5m 标高以下；③水池中无水时，室外降水高度为-7m 以下。

2 设计过程中难点及方案

2.1 膨胀加强带的设计

在整个工程结构施工过程中，都会存在对池底和壁板等地方的后浇带，并且直至跟随整个工程结构的施工完成，至少需要几个月的时间，在这段时间内，各种各样的垃圾杂物不可避免地落进池体后浇带中，由于池体底板及壁板钢筋较粗较密，给后期清理无形中增添了一定的工程量；同时因池体混凝土与后浇带混凝土浇筑时间间隔数个月，新旧混凝土的粘结强度很难保证，而且后浇带浇筑前，池体混凝土的干缩大部分已完成。因此，就很容易在这过程中受到后浇带混凝土的影响，进而导致不同时间的混凝土连接处很容易出现裂缝。这与后浇带为防止混凝土裂缝产生的初衷不相符。所以后浇带处理不好或人为的在每条后浇带处造成两条贯穿裂缝，引起渗漏水。

通过利用具有补偿收缩特点的混凝土，能够更好的补充传统混凝土所存在的问题。工程中采用膨胀加强带取代后浇带，其目的就是为了更好的提升混凝土的抗裂性，也是一种抗裂措施。在不间断施工的混凝土结构中，为了能够更好地提升其抵御混凝土的收缩应力，就会在这其中增加一些钢筋来进行解决。

膨胀加强带可采用连续式、间歇式或后浇式等形式。笔者设计的项目中根据墙板结构的长度当墙体L≤60M 或板式结构60m60M 或板式结构60m＜L≤120m，结构厚度H>1.5m 或板式结构L＞120m 时采用后浇式膨胀加强带。连续式膨胀加强带是加强带内和加强带外混凝土是一次性连续浇筑，两侧均不埋设止水钢板，混凝土浇筑完毕后没有施工缝，达到无缝施工，因此工期大大缩短，如图3 所示。后浇式膨胀加强带是一种和后浇带较为相似的浇筑方法，在应用时只在大体积混凝土中考虑温度影响，一般在两侧混凝土浇筑完7～14d 后回填浇筑，同样大大缩短工期。后浇式两侧需要预埋止水带，两侧先浇筑，待达到强度后浇筑带内混凝土，因而有两道施工缝。如图4 所示。

图3 连续式膨胀加强带构造

图4 后浇式膨胀加强带构造

厦门市后溪工业组团污水处理站工程，采用连续式膨胀后浇带，地下室外墙、内墙、底板及底板梁、顶板梁、膨胀加强带均采用补偿收缩混凝土，其PCN-Ⅰ型膨均胀剂的掺量根据不同部位的限制膨胀率要求取值不同，如表1 所示。其中膨胀剂的掺量为混凝土中水泥等凝胶材料重量的8%。进而来更好的让其混凝土的膨胀率达到相应要求，减少在这其中所存在的应力，避免混凝土出现裂缝。

表1 不同部位的限制膨胀率要求取值

厦门水务集团项目——厦门航空港工业与物流园污水处理厂，因工期紧，笔者在设计过程采用补偿收缩混凝土及后浇式膨胀加强带。在完成对现场补偿收缩混凝土浇筑后，及时的对其采取相应的养护方法，对水平构件采取覆盖塑料薄膜并定时洒水，铺湿麻袋等方式保湿养护措施。该项目大大缩短工期同时没有出现混凝土开裂现象，项目能及时运营并达到业主满意效果。

2.2 污水池裂缝产生原因及结构对策

城市污水的污染程度较为严重，在对污水采取相应处理方法过程中，也会对水池自身造成一定的影响。所以，在设计水池过程中就应该充分的考虑到这一点。但是，更加应该注意的就是水池自身的防渗性，保证水池结构合理，以免污水通过裂缝进入到地下水中，造成二次污染。

厦门路桥建设集团项目——五缘湾湿地公园污水处理站，地下池子长度约70m，笔者认为后浇带能有效的控制裂缝，设计时候采用后浇带减少结构长度对应力的影响。但是项目施工完毕大概一个月时间内在中水池及B 组缺氧池外壁上出现了裂缝，是水池表面的龟裂裂缝，逐步扩展到整个水池墙体界面，现场观察人距离结构墙体1m～2m，可看清约0.2mm～1.0mm 宽度的裂缝。虽不会出现结构性破坏，但不仅影响墙体美观性，更重要的是对水池的防渗性能产生巨大负面影响。笔者设计的项目对渗水有严格要求，查看结构计算及配筋，分析结果：结构长度只是影响温度应力综合因素之一，而不是唯一因素。从结构设计角度可以从以下几个方面做好：①在对其混凝土裂缝控制过程中，主要是受到混凝土抗拉强度的影响，通过选择正确的混凝土型号，能够更好的提升混凝土的强度，但是却不能够有效的提升混凝土的抗拉强度，在工程的水平结构设计过程中，应该采取中低档强度的水泥类型（C25～C35）；②钢筋保护层过厚会导致混凝土的开裂几率更大，设计中应根据耐久性要求的最小允许厚度确定（GB50010－2010 混凝土结构设计规范，8.2.1 条），如果外界环境较为恶劣，就应该增加保护层的厚度，以此来减少裂缝的出现；③设计过程中，构件除了满足计算要求外，构造钢筋的配置也十分重要，它对结构抗裂影响很大。如水池墙体的上下的加强暗梁的设置、转角处的楼板放射筋的设置、孔洞处加强筋的配置等。除了结构设计上几点的重视外，浇筑混凝土现场的潮湿保温养护也是很重要的。通过注意这些方面，对减少污水池的裂缝出现能起到促进作用。