污水处理厂构筑物抗浮设计探究

【摘要】污水处理厂构筑物的抗浮设计，将会直接影响水池的安全性和经济性，更会对污水处理效果产生直接影响。基于此，本文以优化污水处理厂构筑物抗浮设计方案为目标，对污水处理厂的构筑物类型和传统的抗浮措施进行了概述，并分析了新型抗浮设计方案的原理、思路和特点，还基于实际工程案例论述了污水处理厂构筑物抗浮设计方案和成效。

【关键词】污水处理厂;构筑物;抗浮设计;设计思路

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.177

为避免污水处理池上浮，有效开展抗浮设计至关重要。随着污水处理厂业务范围的扩大，传统的构筑物抗浮方法渐渐难以满足实际需要，引入新的抗浮原理和思路开展抗浮方案优化设计势在必行。为此，相关工作人员应该着眼于污水处理厂构筑物的抗浮设计要求，制定更加妥善、科学的抗浮设计方案。

1、污水处理构筑物

所有具备、包含或提供人类居住功能的人工建筑物可以被称为构筑物，构筑物在各种工厂和施工场地当中十分常见。在污水处理厂当中，用于开展污水处理的非居住型建筑物就被称为污水处理构筑物。比如，污水处理厂当中的格栅、沉淀池、曝气池、污泥消化池等都属于污水处理构筑物，它们将会在各个污水处理单元当中发挥载体作用，为实现高质量的污水处理奠定基础。

2、构筑物抗浮设计优化策略

污水处理厂的水池构筑大多为埋地式结构，所以水质的稳定性和安全性深受地下水位的影响，为避免出现水池上浮情况必须对其进行抗浮处理。而随着抗浮设计要求和技术的发展，传统抗浮设计措施已然无法满足污水处理厂的实际需要，引入新的抗浮设计方案已经是大势所趋。

2.1传统抗浮措施

在以往的污水处理厂抗浮设计工作中，设计人员可以根据建筑环境和构筑物的形态来选择抗浮措施。在這一工程中，较为常见的抗浮设计方案为锚杆抗浮、观察井抗浮、抗拔桩抗浮、降水抗浮和配重抗浮。

第一，锚杆抗浮。锚杆抗浮是一种最为常见的抗浮方法，锚杆的稳固性、安全性和耐久性将会直接影响抗浮成效。施工前需做好试验工作，而施工过程中也必须使用专门机械，并有效规避断杆、钢筋偏移、灌浆未饱满和地下水侵蚀等问题，在使用环节受限颇多。

第二，观察井抗浮。使用时需观察地下水的低水位，从而根据地下水位高低决定能否排空水池实现抗浮。此种抗浮方式前期投入较少，经济性较好，但该方法的检修和管理工作成本较高，时间不灵活且操作较为复杂，如出现管理不当非正常排空，将会引发抗浮安全事故。

第三，抗拔桩抗浮。应用这种抗浮设计，必须合理控制抗拔桩之间的距离，和桩端位置，以免造成底板加厚或桩体不稳。合理布设抗拔桩将提升污水处理厂构筑物的整体抗浮能力，该方法的应用十分广泛，属于常规技术。

第四，降水抗浮。降水抗浮设计环节，必须合理设计反滤层，以免出现因反滤层堵塞而引发的水位难以下降情况。只有保证水位降至底板下，才能避免构筑物整体上浮风险。

第五，配重抗浮。这种抗浮方法的原理是基于配重混凝土与底板连接，实现有效抗浮。在实践工作中所需的埋深较大，常出现经济成本高和基底压力大问题，甚至容易造成地基变形。

2.2新型设计方案

为了有效解决传统抗浮设计的成本、管理、施工问题，相关工作人员可以在开展污水处理厂构筑物抗浮设计时，引入压差式自动安全抗浮系统。

2.2.1原理

这种抗浮方法的原理十分简单，就是基于构筑物内外液位压差来实现有效抗浮。污水处理厂的构筑物主要是水池，在应用压差式自动安全抗浮系统时，可于池底安装多个单向定压抗浮阀，当池体排空时地下水压力超过设定值就会使抗浮阀自动打开，则地下水会进入池中平衡压力，进而实现有效抗浮[1]。

2.2.2思路

在进行污水处理厂构筑物抗浮设计时，设计人员应基于地下水位勘探结果开展方案设计。为确定定压抗浮阀的应用数量和布设位置，必须充分考虑导流墙、伸缩缝、变截面等因素，并且在此基础上合理布设盲沟以及观察井。同时，设计人员还需要做好地质勘查和标高、长度测定，从而确定反滤层的厚度以及其标高。

2.2.3特点

压差式自动安全抗浮系统的技术特点鲜明，可基于不同的地下水位以及水流特性来灵活开展定压抗浮阀阀芯的设计。而且，该技术的应用可弥补传统抗浮设计的成本高、管理难和操作复杂缺陷，将会大幅提高构筑物的抗浮安全性、经济性和耐久性，可为保障构筑物稳定性奠定基础。

3、污水厂构筑物抗浮设计案例分析

3.1工程概况

某城市内有河流流经，该市的污水处理厂建在河流交界处。厂内建立多个污水处理构筑物，多级A/O除磷脱氮工艺池的结构都属于钢筋混凝土构筑物。污水处理池的容积为38057m?，埋深为3.5m且地面标高为1865.8m（设计值）。同时，在这一污水处理厂建设区域内存在地下水，高度约为1858.9m。经设计，将A/O池身尺寸设定为70m×88.2m×6.49m，抗浮设计水位为1.3m（地面下）。

3.2设计方案

为做好污水处理厂的构筑物抗浮设计，相关工作人员必须做好抗浮验算、阀门数量位置设计、滤层和盲沟布置以及土工布和观测井布置。

3.2.1设计数据验算

设计人员应在开展设计前做好信息与数据采集工作，并且基于已掌握信息开展构筑物局部抗浮验算。验算A/O池的局部抗浮数据时，可选用以下公式：

在公式当中，Gk与F分别代表单位面积内的构筑物底板的重力和地下水浮力，单位都为kN/m2;和分别代表钢筋混凝土容重和地下水比重，单位都为kN/m?;t和HB分别代表池体的底板厚度与地下水高度，单位都为m;和Kf则分别代表可变荷载的分项系数与抗浮设计系数，后者的系数值若超过1.05则表示抗浮设计符合相应标准。

3.2.2抗浮阀设计

为有效确定定压抗浮阀的使用数量和布设位置，设计人员应该从实际出发，充分分析定压抗浮阀的使用性能、导流墙的间距、底板半截面距离以及池内的突出井位置等干扰因素[2]。经过实践分析，本次案例工程中共需设计117个定压抗浮阀;且它们与导流墙之间的平行和垂直间距应该保持在5.5m-7.5m和6-9m之间。

3.2.3滤层布置

布置碎石濾层时，设计人员应该就有地质勘查报告来进行合理设计。报告显示，污水处理厂的地下共4层，自下而上分别为粘土层、粉质黏土层和杂填土层。在设计碎石滤层时，相关工作需确保粉质黏土层为构筑物基底，能够在底板下设置厚度为0.3m的碎石滤层和土工布滤层。

3.2.4盲沟与土工布布设

设计和布置盲沟的目的在于提高地下水疏通质效，保障抗浮设计科学性。因此，在设计环节应合理调整盲沟数量、间距以及尺寸。比如，以18m为间距设计长向盲沟，以19m为间距设计短向盲沟，保证所有盲沟的尺寸均为1.5m宽和0.5m深。而在布设土工布时，应该着眼于黏土土质，以避免土粒堵塞反滤层为目标布置土工布。比如，在滤层与地基之间布置优质土工布，规避土粒的流动和堵塞风险。

3.3设计成效

此次设计需要应用到的主要材料为混凝土、钢筋、土工布、碎石滤层、定压抗浮阀和放空阀门，所需基础材料约为36万元;若在同等条件下以抗拔桩抗浮设计方案施工，则需要使用大量混凝土与钢筋来制作桩基、承台，施工材料费用将达到498万元。相比之下，基于压差式自动安全抗浮系统而开展的污水处理厂构筑物抗浮设计，可有效减少施工成本[3]。而且，压差式自动安全抗浮系统的应用，还将减少工作人员的施工压力和管理难度，能够大幅提升抗浮设计工作质效。

结论：

总而言之，将压差式自动安全抗浮系统引入污水处理厂的构筑物抗浮设计当中，能有效解决传统抗浮方法的成本高、难度大、管理复杂问题，也将会让构筑物的抗浮效果得到提升。在实践工作当中，相关人员必须明确压差式自动安全抗浮系统的应用原理和特点，结合工程实际要求做好方案设计工作。

参考文献：

[1]龚玉锋.全地下污水处理厂抗浮设计要点分析[J].水利建设与管理，2020，40（08）：20-24.

[2]程艺.污水处理厂大型池体构筑物的抗渗防裂施工技术及质量控制[J].中国建设信息化，2019（15）：66-67.

[3]李著策，周韬，张跃.钢筋混凝土水池抗浮设计方案的分析及比较[J].工程建设与设计，2018（S1）：119-123.

作者简介：

谢正（1984-），男，安徽六安人，毕业于安徽建筑工业学院土木工程专业，大学本科学历，学士学位，工程师，专业方向：建筑工程。