郭云

(中都工程設(shè)計有限公司福建分公司)

0 引言

地下污水池是污水處理廠結(jié)構(gòu)中的重點組成，然后以此為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的建筑。在對其污水處理過程中，會先將污水引入到相應(yīng)位置，經(jīng)過細(xì)格柵和厭氧池、缺氧池、好氧池、膜池→設(shè)備間、消毒池→出水池（潔水）。附屬的建筑物有配套的辦公樓級宿舍樓（多層建筑）、變配電設(shè)備房及門衛(wèi)等。污水處理廠的規(guī)模不同，出水的等級要求不同，所選的工藝也不盡相同。常用地埋式池體如圖1 所示。

1 水池及建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1 污水處理廠壁板設(shè)計

筆者設(shè)計過廈門市后溪工業(yè)組團(tuán)污水處理站工程，該處理站為全地埋式，日處理污水量量為2 萬t。地下池子尺寸為96.5m×43.1m，池子頂板標(biāo)高為-1.3m，主池（厭氧池，缺氧池，好氧池，膜池等）埋深為9.3m，即主池的池體高度為8m 高。格柵渠及調(diào)節(jié)池埋深為10.6m,設(shè)備房等埋深為7.5m。

圖1 常用池體

該構(gòu)筑物的池壁設(shè)計分外墻（WQ）和內(nèi)墻（SQ），池壁的的計算主要為抗彎計算，剪力和壓力均能滿足。彎矩的計算一般按兩種受力情況包絡(luò)：外墻①池內(nèi)無水池外有土，②池內(nèi)有水池外無土；內(nèi)墻①兩側(cè)池體均有水，②單側(cè)有水另一側(cè)無水。后溪污水廠厭氧池和缺氧池外墻體單片長度達(dá)到27m 長。池壁可考慮按三邊嵌固一邊簡支的板計算。如果按壁板（單片外墻）實際長度計算，壁板為三邊固定一邊簡支的單向板；壁板的計算厚度為800mm，底板厚度按規(guī)范要求取值為壁厚的1.2 倍，取厚1000mm，同時壁板的豎向配筋達(dá)28@100。如果外墻壁板通過設(shè)置扶壁柱作為受力支點，扶壁柱根據(jù)外墻尺寸大概間距為4.5m～5.25m 之間，布置扶壁柱后池體外墻壁板計算為三邊固定一邊簡支的雙向板，壁板的計算厚度約為450mm，底板厚550mm；同時壁板的豎向受力鋼筋為20@100 即可。雖然增加扶壁柱，但對比沒有設(shè)置壁板方案該做法不僅大大減少了混凝土量及配筋量，同時還不影響工藝池子的池容，滿足工藝的功能需求。設(shè)置扶壁柱如圖2 所示。

圖2 扶壁柱設(shè)置示意圖

1.2 污水處理廠抗浮設(shè)計

池體的抗浮穩(wěn)定驗算是設(shè)計中必不可少的一步。

⑴自重抗浮滿足：當(dāng)池體埋深較淺，上部為多層設(shè)備間時，僅自重就可滿足抗浮的要求；即可以滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007－2011 中5.4.3 條Gk/Nw,k≥Kw 的要求（Kw 可取1.05）。其中Gk 的取值為：上部結(jié)構(gòu)自重（為不考慮活載及后砌筑磚墻線載情況下的1.0 橫工況荷載）+筏板自重+地下室內(nèi)配重+地下室挑板配重的正向力總和；Nw,k 為抗浮標(biāo)高下的水浮力。

⑵壓重抗浮法：當(dāng)池體的抗浮和自重相差大概10%時①可以通過加大池壁厚度或者池體底板厚度；②池體加深，在池體內(nèi)部回填素混凝土配重；③加大底板挑板外伸長度，以增加外伸板上的土體自重作為配重。

⑶錨固抗浮法：當(dāng)池體無上部（設(shè)備間獨立設(shè)置）并采用全地埋式或者自重和抗浮相差太大時，可考慮采用抗拔樁或者設(shè)置抗浮構(gòu)件（如錨桿）等措施。

⑷排水限壓法：設(shè)置降水井長期降水，滿足抗浮要求。

上述廈門市后溪工業(yè)組團(tuán)污水處理站工程，其抗浮設(shè)計采用降水法，布置降水井長期降水以滿足抗浮要求；根據(jù)該工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算的抗浮降水法情況說明如下：①正常使用時，水池總水量不小于15000m3；②水池水量不小于10000m3時，室外降水高度為-5m 標(biāo)高以下；③水池中無水時，室外降水高度為-7m 以下。

2 設(shè)計過程中難點及方案

2.1 膨脹加強帶的設(shè)計

在整個工程結(jié)構(gòu)施工過程中，都會存在對池底和壁板等地方的后澆帶，并且直至跟隨整個工程結(jié)構(gòu)的施工完成，至少需要幾個月的時間，在這段時間內(nèi)，各種各樣的垃圾雜物不可避免地落進(jìn)池體后澆帶中，由于池體底板及壁板鋼筋較粗較密，給后期清理無形中增添了一定的工程量；同時因池體混凝土與后澆帶混凝土澆筑時間間隔數(shù)個月，新舊混凝土的粘結(jié)強度很難保證，而且后澆帶澆筑前，池體混凝土的干縮大部分已完成。因此，就很容易在這過程中受到后澆帶混凝土的影響，進(jìn)而導(dǎo)致不同時間的混凝土連接處很容易出現(xiàn)裂縫。這與后澆帶為防止混凝土裂縫產(chǎn)生的初衷不相符。所以后澆帶處理不好或人為的在每條后澆帶處造成兩條貫穿裂縫，引起滲漏水。

通過利用具有補償收縮特點的混凝土，能夠更好的補充傳統(tǒng)混凝土所存在的問題。工程中采用膨脹加強帶取代后澆帶，其目的就是為了更好的提升混凝土的抗裂性，也是一種抗裂措施。在不間斷施工的混凝土結(jié)構(gòu)中，為了能夠更好地提升其抵御混凝土的收縮應(yīng)力，就會在這其中增加一些鋼筋來進(jìn)行解決。

膨脹加強帶可采用連續(xù)式、間歇式或后澆式等形式。筆者設(shè)計的項目中根據(jù)墻板結(jié)構(gòu)的長度當(dāng)墻體L≤60M 或板式結(jié)構(gòu)60m60M 或板式結(jié)構(gòu)60m＜L≤120m，結(jié)構(gòu)厚度H>1.5m 或板式結(jié)構(gòu)L＞120m 時采用后澆式膨脹加強帶。連續(xù)式膨脹加強帶是加強帶內(nèi)和加強帶外混凝土是一次性連續(xù)澆筑，兩側(cè)均不埋設(shè)止水鋼板，混凝土澆筑完畢后沒有施工縫，達(dá)到無縫施工，因此工期大大縮短，如圖3 所示。后澆式膨脹加強帶是一種和后澆帶較為相似的澆筑方法，在應(yīng)用時只在大體積混凝土中考慮溫度影響，一般在兩側(cè)混凝土澆筑完7～14d 后回填澆筑，同樣大大縮短工期。后澆式兩側(cè)需要預(yù)埋止水帶，兩側(cè)先澆筑，待達(dá)到強度后澆筑帶內(nèi)混凝土，因而有兩道施工縫。如圖4 所示。

圖3 連續(xù)式膨脹加強帶構(gòu)造

圖4 后澆式膨脹加強帶構(gòu)造

廈門市后溪工業(yè)組團(tuán)污水處理站工程，采用連續(xù)式膨脹后澆帶，地下室外墻、內(nèi)墻、底板及底板梁、頂板梁、膨脹加強帶均采用補償收縮混凝土，其PCN-Ⅰ型膨均脹劑的摻量根據(jù)不同部位的限制膨脹率要求取值不同，如表1 所示。其中膨脹劑的摻量為混凝土中水泥等凝膠材料重量的8%。進(jìn)而來更好的讓其混凝土的膨脹率達(dá)到相應(yīng)要求，減少在這其中所存在的應(yīng)力，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

表1 不同部位的限制膨脹率要求取值

廈門水務(wù)集團(tuán)項目——廈門航空港工業(yè)與物流園污水處理廠，因工期緊，筆者在設(shè)計過程采用補償收縮混凝土及后澆式膨脹加強帶。在完成對現(xiàn)場補償收縮混凝土澆筑后，及時的對其采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方法，對水平構(gòu)件采取覆蓋塑料薄膜并定時灑水，鋪濕麻袋等方式保濕養(yǎng)護(hù)措施。該項目大大縮短工期同時沒有出現(xiàn)混凝土開裂現(xiàn)象，項目能及時運營并達(dá)到業(yè)主滿意效果。

2.2 污水池裂縫產(chǎn)生原因及結(jié)構(gòu)對策

城市污水的污染程度較為嚴(yán)重，在對污水采取相應(yīng)處理方法過程中，也會對水池自身造成一定的影響。所以，在設(shè)計水池過程中就應(yīng)該充分的考慮到這一點。但是，更加應(yīng)該注意的就是水池自身的防滲性，保證水池結(jié)構(gòu)合理，以免污水通過裂縫進(jìn)入到地下水中，造成二次污染。

廈門路橋建設(shè)集團(tuán)項目——五緣灣濕地公園污水處理站，地下池子長度約70m，筆者認(rèn)為后澆帶能有效的控制裂縫，設(shè)計時候采用后澆帶減少結(jié)構(gòu)長度對應(yīng)力的影響。但是項目施工完畢大概一個月時間內(nèi)在中水池及B 組缺氧池外壁上出現(xiàn)了裂縫，是水池表面的龜裂裂縫，逐步擴(kuò)展到整個水池墻體界面，現(xiàn)場觀察人距離結(jié)構(gòu)墻體1m～2m，可看清約0.2mm～1.0mm 寬度的裂縫。雖不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，但不僅影響墻體美觀性，更重要的是對水池的防滲性能產(chǎn)生巨大負(fù)面影響。筆者設(shè)計的項目對滲水有嚴(yán)格要求，查看結(jié)構(gòu)計算及配筋，分析結(jié)果：結(jié)構(gòu)長度只是影響溫度應(yīng)力綜合因素之一，而不是唯一因素。從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度可以從以下幾個方面做好：①在對其混凝土裂縫控制過程中，主要是受到混凝土抗拉強度的影響，通過選擇正確的混凝土型號，能夠更好的提升混凝土的強度，但是卻不能夠有效的提升混凝土的抗拉強度，在工程的水平結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)該采取中低檔強度的水泥類型（C25～C35）；②鋼筋保護(hù)層過厚會導(dǎo)致混凝土的開裂幾率更大，設(shè)計中應(yīng)根據(jù)耐久性要求的最小允許厚度確定（GB50010－2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，8.2.1 條），如果外界環(huán)境較為惡劣，就應(yīng)該增加保護(hù)層的厚度，以此來減少裂縫的出現(xiàn)；③設(shè)計過程中，構(gòu)件除了滿足計算要求外，構(gòu)造鋼筋的配置也十分重要，它對結(jié)構(gòu)抗裂影響很大。如水池墻體的上下的加強暗梁的設(shè)置、轉(zhuǎn)角處的樓板放射筋的設(shè)置、孔洞處加強筋的配置等。除了結(jié)構(gòu)設(shè)計上幾點的重視外，澆筑混凝土現(xiàn)場的潮濕保溫養(yǎng)護(hù)也是很重要的。通過注意這些方面，對減少污水池的裂縫出現(xiàn)能起到促進(jìn)作用。

3 結(jié)語

從一線城市到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，污水處理廠是改善環(huán)境的重要工程。確保污水處理廠的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣才能夠更好的延長污水處理廠的使用壽命，還能夠減少其中的成本投入。本文筆者結(jié)合設(shè)計的項目經(jīng)驗分析目前污水廠設(shè)計中普遍存在的設(shè)計問題并做總結(jié)及相應(yīng)措施。望能為結(jié)構(gòu)設(shè)計者提供參考價值。