污水处理厂结构设计要点总结

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。

3 结语

从一线城市到乡镇，污水处理厂是改善环境的重要工程。确保污水处理厂的合理结构设计，这样才能够更好的延长污水处理厂的使用寿命，还能够减少其中的成本投入。本文笔者结合设计的项目经验分析目前污水厂设计中普遍存在的设计问题并做总结及相应措施。望能为结构设计者提供参考价值。