黄侃 金振涛
中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430000
摘要：随着国家对环境保护的重视，城市中污水的有效处理，是一个至关重要的议题。污水处理厂中，水池是其重要设施，是进行建设的重要内容。本文结合设计经验，探讨了污水处理厂中水池在结构设计中常见的问题及设计要点，并阐述施工阶段水池施工的注意事项。
关键词：污水处理厂；水池结构；设计
在国家大力整治环境污染，高度重视环境保护的大背景下，污水处理是一个重要的议题，污水处理厂中的各类水池等构筑物起着至关重要的作用。在水池的的结构设计中，既要考虑水池满足工艺专业的使用要求，又要保证水池的结构安全，保障污水处理厂的正常运转。水池结构的防水是结构设计必须考虑的一个问题，水池防水性能不好会导致污水渗到池体外部，造成二次污染，并且会加快池体内钢筋锈蚀，影响构筑物使用寿命。通过采取合适的防水措施，可以有效地避免这些现象的出现。
1、污水处理厂的水池结构设计概述
污水处理厂污水池的结构设计主要包括强度设计、抗浮设计、防裂设计以及防渗设计等方面。在设计时，应结合不同水池的不同工艺要求，考虑到水池荷载方面的问题，通常考虑池外无土池内满水及池内无水池外填土两种工况，进行截面的设计，并对其结构的强度进行验算，使池体能满足各方面的要求。同时要考虑到所处地区的水文地质情况及地震作用，对水池进行抗浮验算，对影响水池稳定性的因素进行分析。
2、污水处理厂水池结构设计中常见问题分析
2.1、混凝土裂缝
污水处理厂中的水池一般都是混凝土结构，设计时若仅仅根据构件的承载能力来确定混凝土的强度等级，就有可能因为混凝土强度过高，水泥含量偏高，尤其是部分大体积混凝土，过量的水化热会引起混凝土变形的增加，温度差会在混凝土的表面形成裂缝，破坏混凝土结构的抗渗性能；水池的结构配筋如果没有设置足够的构造钢筋，容易引起构造贯穿裂缝。给水池的防水抗渗带来很大的隐患。
2.2、抗浮稳定性
近些年，很多地下工程因为抗浮考虑不足，在地下水的作用下，池体产生上浮失稳。在污水处理厂的结构设计中，产生水池的上浮的因素有很多，主要有下列几点：（1）结构设计时仅考虑结构强度、刚度的问题，忽略了抗浮稳定性的计算。（2）上部结构计算时，所取荷载偏大，导致实际使用时上部传导给下部池体的抗浮力不足。（3）勘察报告深度不够，仅提供常年地下水位，遇到暴雨或洪水时，地下水位过高，使得池体上浮。（4）施工单位施工期间为采取抗浮设防措施。
3、污水处理厂中水池结构设计要点
某污水处理厂一大型污水池，平面尺寸为90．60m×62．20m，池高8．05m，设计水深7．50m，基坑深度4．00m，采用钢筋混凝土水池结构。
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3.1、基础和基坑设计
软弱土层较厚，且地下水位较高，池体有抗浮要求，从经济性考虑采用预应力管桩基础，以强风化泥质粉砂岩④-2作为桩端持力层。由于十字型桩尖加工简便，价钱低廉，破岩能力强，故采用十字型桩尖。
基坑开挖深度为4．00m，场地开阔，故可采用单级放坡开挖，坡率1∶2．0，明沟加集水坑排水。因施工期间多雨且表层土土质较差，故采用50mm厚喷射混凝土面层，内设双向钢筋网并设坡面插筋。施工期间应进行基坑变形监测，若边坡难以稳定则考虑进一步放缓坡率并采用钢板桩、搅拌桩进行边坡加固。
3.2、结构计算的裂缝控制
根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中表3.4.5条对不同环境类别下不同裂缝控制等级的最大裂缝宽度做出了要求，在结构计算过程中，一定要严格按照此要求进行配筋，否则水池结构的防水性能会受到重大影响。
3.3、池体设计
池体设计水深7．50m，池壁若按单向板设计则所需壁厚达900mm，极不经济。故考虑间隔3m～4m设置扶壁，将池壁简化为下部顶端自由双向板和上部水平单向板，所需池壁厚度可减为300mm。因池体内部连通，运行时水位基本相同，不均匀荷载较小且采用桩基础，故中部底板可减薄，厚度从四周900mm减为500mm。
池体属露天环境且未设置外部保温层，按《给水排水工程构筑物结构设计规范》分别在X向、Y向设置4道、2道伸缩缝，将池体划分为15个约20．00m×20．00m区格，并注意与扶壁设置相配合。
伸缩缝一般由橡胶止水带、填缝板、嵌缝密封胶三部分组成，形成止水带和密封材料双重止水防线，其宽度根据结构的伸缩变形量确定。当地年温差30℃，20m长钢筋混凝土结构的变形量为6mm～7mm，取橡胶止水带的变形率为25%，可得所需变形缝宽度为24mm～28mm，实际设计伸缩缝宽30mm。
对盛水构筑物进行抗震验算时，当构筑物高度1/2以上埋于地下时，可按地下式结构验算；当构筑物高度1/2以上位于地面以上时，可按地面式结构验算。抗震计算包含在自重惯性力、动水和动土压力下产生的荷载作用。
3.4、耐久性设计
由于水池环境为二类，建设场地地下水将会对混凝土结构产生腐蚀。因此，为了确保池体的耐久性，应结合《混凝土结构设计规范》《工业建筑防腐蚀设计规范》进行设计。水池材料采用 C20 混凝土，其抗渗等级为 P6，垫层采用普通硅酸盐水泥。对于地下构件，应做好防腐措施；对于钢筋混凝土池体，还要进行防水处理。
由于污水处理厂水池采用氯盐，容易受到电化学腐蚀，因此不能选用防冻剂。同时，确保混凝土保护层厚度大于 35mm，强度等级高于 C60，抗渗等级高于P10，采用焊接进行接桩，对于一些钢零件，应涂刷防腐蚀，以确保水池的耐久性。
3.5、合理选择水池结构的表面材料以及相应的施工工艺
污水一旦发生渗漏不仅会污染地下水，还会造成污水中所含重金属的蔓延和污染，所以，在水池结构的设计中必须采取防渗防腐的二级处理措施，以提高其表面的防腐性。这部分设计内容应在施工工艺的设计中加以特别的说明，从而对施工进行明确的指导。在混凝土施工工艺的选择上应采取现浇的施工工艺，在浇筑时应根据施工的深度来分节进行。在完成浇筑以后要及时开展相关的养护工作，避免其发生震动。对水池内壁进行表面防水的施工作业应在完成浇筑后进行，可以反复涂刷具有较高环保性能的纳米材料对表面进行处理。在设计半埋式结构的水池时应加强底层的防渗防潮以及防腐措施。而对于地面水池，要对其外层进行喷涂沥青的防水处理。
总之，水池设计污水处理厂中的重难点，需要设计人结合工程经验、有限元计算软件以及相关规范要求，在尽量节约资金成本的前提下进行合理设计，既要满足工艺的使用要求，更要满足自身的强度要求，保证最大裂缝宽度，达到抗浮规定。我国的污水处理事业仍然具有广阔的发展前景，需要业内工作者不断努力！
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[5]张柏成，王建华.污水处理厂中水池结构设计要点的分析[J].工程建设与设计，2011（03）：69-70+132.
论文作者:黄侃,金振涛
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第17期
论文发表时间:2019/3/19
标签：水池论文; 污水处理论文; 结构论文; 结构设计论文; 混凝土论文; 构筑物论文; 裂缝论文; 《建筑细部》2018年第17期论文;