谈污水厂构筑物水池结构优化设计

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摘要：随着国家经济的不断发展，环境保护意识的不断增强，对城市环境的要求也越来越严格，对于市政来说，污水厂是对环境影响比较大的建筑工程，因此城市污水厂的结构设计需要结合先进的设计理念，采用先进的施工技术，摒弃落后的水池结构和施工材料，保证污水厂水池结构的稳定性，从而更加有效地为城市的环境建设服务。

关键词：污水厂；水池；结构改造

1前言

国家对环境保护的重视增强，加之城市发展迅速，对污水处理的能力和标准也提出了更高的要求。提高污水厂的处理性能是对我国生态文明建设的积极响应。污水厂在处理生活污水和工业污水的指标上，需要不断改进，适应现代环境保护的标准，设计人员在对污水厂水池改造的设计过程中，需要考虑改造的可行性和经济性，选择节能低耗的方案。

2污水处理厂水池结构设计要点

2.1根据实际情况开展水池结构设计和验算工作

在对污水厂水池结构设计之前，需要对污水厂所在地进行实地的环境考察和地质勘探，深入了解当地的水质情况和污水主要来源，从而核算水池结构需要具备的载荷能力，并要进行验算工作。在对水池结构进行验算后，还要考虑以下几方面的影响：1地质条件。要准确验算岩层结构与水池结构的匹配度。2水池的抗裂度或者裂缝宽度。污水厂水池一般采用钢筋混凝土结构，因此需要考虑抗裂度和裂缝宽度对水池稳定性的影响。抗裂度和裂缝宽度主要跟水池在载荷的作用下，截面的受力状态有关。抗裂度是指轴心受力是拉长，而裂缝宽度是轴心受力是变弯。

2.2对污水池表面材料施工工艺进行设计

由于污水处理厂处理的污水包括生活污水和工业污水，里面含有的杂质种类较多，包括腐蚀性及渗透性比较强的有毒有害离子。所以在对水池表面材料设计时，需要考虑防渗防腐蚀性，从而避免污水对环境造成严重污染。另外由于环境和天气的影响，也要考虑材料的伸展和收缩性，保护水池结构的完整性。在具体的施工过程中，设计人员需要叮嘱施工人员完成对水池表面材料的多层处理，确保水池的防渗透性和防腐蚀性。

3污水处理厂水池结构设计的主要问题

3.1水池的防渗透性能过低

由于污水池当中的污水经常会含有不良的腐蚀性物质，在长期使用以后经常会造成水池表面出现不良腐蚀和裂缝问题，进而造成了水池产生不良渗透问题，直接影响到了整个水池的工作效果。污水处理厂的水池结构当中，主要是通过钢筋和混凝土结构组成，这种结构在外部环境的影响下，很容易产生热胀冷缩，从而引起应力的变化，因此也有可能会造成水池表面出现混凝土裂缝问题。

3.2水池表面材料的施工工艺设计不足

在传统的污水处理厂建设过程当中，水池结构的设计工作必须要充分注重水池整体结构的稳定性和牢固性，因此将更多的设计重点放在了水池结构的不均匀沉降以及水池表面所产生的裂缝问题上，而忽略了其他因素对水池结构所产生的影响，例如水池表面没有涂刷防腐材料，同时也没有针对水池的表面进行二级预防设计工作。在污水池的实际运行过程中，除由于池体的不均匀沉降而使池体表面产生裂缝外，池体的防腐蚀以及防渗透性能较差，也在很大程度上加快了整个水池表面裂缝的扩张速度，同时，污水通过裂缝渗透到混凝土结构内部，进而会对整个水池结构内部形成更加深入和严重的破坏。

3.3防渗防漏问题分析

污水厂的水池一般采用钢筋混凝土结构，为了提高钢筋混凝土的防渗透性，施工时都会增加混凝土的覆盖量，进而增加了钢筋的承受力，从而会加重钢筋混凝土的变形程度，严重的时候会产生不同程度的裂痕，最终破坏了水池结构的完整性，加大了水池的渗透。与此同时，设计者在设计水池的构造配筋时，未按照常规的圆形或者矩形设计，不规则的水池设计会造成水池结构载荷不匹配，从而长时间使用，会对水池结构造成破坏性影响，甚至是贯穿性的裂痕，无法保证水池的防渗防漏。另外，根据水处理工艺的要求，需要在水池内部设置预埋件，也会对水池结构产生影响。底部的载荷和钢筋混凝土的填埋程度不一样，会造成各个方向的拉伸力不同，从而产生不同程度的裂缝。

3.4抗浮问题分析

尤其在水池放空检修阶段，水池会出现上浮的问题。主要原因是在水池设计过程中，设计抗浮水位选择不恰当，水池顶板和底板的抗浮性验算以及整体抗浮不够准确，抗浮稳定系数不能满足抗浮要求。另外，地质勘探的缺乏，地基处理不当，也会影响水池的稳固性，造成上浮。

4主体结构设计分析

4.1具体设计要求

（1）设计的安全系数，具体体现在以下几个方面。其一，顶盖强度设计的附加安全系数。通常情况下，水池结构的顶盖所承受的荷载包括自重荷载、活荷载以及覆土荷载等，在这几类荷载中，自重荷载和覆土荷载的比例较大。由于土体本身的容重会随着含水量、密度等因素的变化而发生改变，并且还具有变异性较大的特点，所以，附加安全系数的选择应以1.0最为理想。其二，水池池壁设计的附加安全系数。水池池壁的受力载荷主要包括外土压力、地下水压力和池内水压力。内水压力要按照水池运行时可能出现的最高水位进行设计，这样就不会因为特殊情况造成水池的载荷压力过大。（2）裂缝控制。在污水厂的运行过程中，很多水池都会有不建筑规划与设计同程度的裂缝。造成裂缝出现的原因有很多，因此在水池设计的过程中，要通过前期的地质勘查，合理的结构设计，尽量减少裂缝的产生及裂缝发展。对于超长水池，为了防止混凝土水化热产生的温度裂缝，还要按照规范要求设置后浇带，后浇带的设置可避免部分不利的温差及混凝土收缩产生的温差，从而增大了伸缩缝的间距。后浇带的间距首先考虑削减收缩力，其次需要考虑的是与施工缝结合。对工期比较紧的工程可以采用UEA混凝土加强带，依靠加强带UEA混凝土较大的膨胀应变，补偿两侧的温差变化，可以抵消由于混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力。也可对UEA进行调配，这样就能补偿混凝土的收缩，使混凝土收缩温差≤0，同样能够达到增大伸缩缝的目的，另外添加防渗剂便可以达到防渗抗裂的目的。（3）配筋。在设计水池池壁的配筋时，应当按照具体形状进行区分，如矩形水池池壁水平方向最小配筋率不得低于0.20%；圆形水池池壁外侧最小配筋率不得低于0.35%，内侧不得低于0.20%。增加配筋率能增加混凝土的拉伸，因此在结构设计时，在节点应力集中处沿截面配置细、密的构造钢筋或网片，可提高构件的抗裂能力。在具有腐蚀性环境或者处理腐蚀性污水的条件下，需要在混凝土中增加防锈剂，可以增加水池的使用年限。

4.2抗浮设计

通过考察污水厂的实际问题，会发现抗浮性也是水池结构出现的常见问题。那么在设计的过程中，就要根据当地的实际地质情况，包括天气及环境等因素，核算出相对精确的地下水最高水位。水池除满足整体抗浮要求外，还需对底板等进行局部抗浮验算。另外，在满足水处理工艺要求的前提下，与水专业有效沟通，尽量提高底板的标高，从而达到安全经济目的；对地下水位随季节变化大的区域，可以考虑在水池四周设置降水井来降低地下水位，达到抗浮的目的。

4.3主体结构的内力计算与分析

主体结构内力分析方法主要有两种：一是采用经典力学分别对底板及池壁进行简化计算分析。底板可采用弹性地基梁板法计算筏板内力，也可以采用倒梁楼盖法进行计算，具体设计时可结合两者计算结果配筋；外墙池壁可按连续板进行计算，各层楼板作为支座，其中顶板及中板按铰支座、底板按固定支座考虑，水平荷载则可水土分算。此种方法的优点是计算分析时间较短，缺点是计算结果精度相对较低。二是通过建立空间整体计算模型，采用有限元单元法对箱体结构进行空间整体分析。此种方法可借助有限元软件，通过对计算模型的合理划分单元，能够获得比较精确的计算结果，且可以根据内力包络图进行构件的变截面设计，依据构件内力分布进行配筋设计。此种方法与第一种设计方法相匹配筋更为经济合理，但计算分析时间较长。

5水厂水池结构的施工

5.1底板施工要点

其一，在对混凝土开展浇筑工作之前，首先需要检查现场地基土壤质量，判断和确定它是否符合设计要求，如与设计图纸不符，那就应该根据相关实际情况采取合理的处理措施，处理完成后方可进行混凝土垫层的浇筑。其二，混凝土垫层浇筑完成之后，再进行底板中心、角点处的测量和确定，以此为基础按照设计尺寸实施放线操作，确定底板边线、池壁边线，并且正确描画钢筋分布线，沿着所画分布线进行钢筋的铺放与绑扎施工，再实施底板外模板的安装。其三，在绑扎钢筋的过程中，需要认真、细致检查各项参数和指标，主要包括搭接长度、间隔距离、直径、具体的位置以及预埋件数量等，都必须与相关设计要求和标准相符。对于上下层钢筋而言，必须通过马凳筋的应用进行有效固定，以避免在进行混凝土浇筑工作的时候引发钢筋塌陷等现象。其四，悬空架设柱基模板，利用体积较小的临时方木对下方垫层进行支撑，在进行混凝土浇筑的同时取出临时方木。其五，对于底板，需要进行一次连续浇筑，在完成此项操作后不得预留施工缝。严格控制暂停施工的时间，切忌大于混凝土初凝时间。如果底板厚度较大（大于200mm），需采用插入式振动器进行操作，且要做好混凝土的降温、防裂等养护工作。其六，对于底板和池壁相连部位的水平施工缝，一般常留在与基础上口相距500mm的位置，在池壁混凝土浇筑和振捣之前，需要将止水钢板安装并固定好。其七，在完成混凝土浇筑施工之后，如果强度小于1.2Mpa禁止振动，同样不能将脚手架安装于底板位置。

5.2池壁混凝土浇筑

在实际的施工过程中，水池池壁的固定模板用的铁丝和螺栓不宜直接穿过池壁，避免大的破坏造成载荷不同，会在以后的使用过程中出现裂缝的隐患。若当螺栓必须穿过池壁时，需采取螺栓上加焊止水环，止水环应满焊。且各个施工缝应做好预处理工程，保证没有缝隙出现，造成以后的工程隐患。

5.3池体粉刷、防腐层等施工

池体的粉刷、防腐措施应根据构筑物的不同要求进行，对于污水厂的构筑物来说，池体内外壁可根据不同情况采用冷底子油+热沥青、聚合物水泥砂浆、氰凝涂料、IPN8710、乙烯基酯防腐涂料等。而在给水厂中对饮水安全要求较高，除在内壁采用聚合物水泥砂浆外，还需再做一层渗透结晶型防水涂料（食品级），外壁的防腐可同污水厂采用氰凝涂料等。

6结束语

在污水处理厂的污水处理池结构设计当中，结构专业设计人必须要对水池的整体结构设计要点加以明确，同时必须要对水池结构的稳定性、安全系数以及表面抗渗漏等相关问题加以充分重视，从而使污水处理池在施工、运行及检修等过程中都能保证其安全稳定，减少后期的改造维修费用，使其能长期有效地发挥作用。

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作者：燕家琪 李川 常伟 单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司