天津市市政工程设计研究院 天津市 300392
摘要：近年来，随着环保治理工作的不断深入，市政污水厂也在不断增加，而水池结构设计在污水厂中占据重要地位，它直接影响着污水厂的效果。基于此，本文就对市政污水处理厂水池结构设计展开了分析论述。
关键词：市政污水厂；水池；结构设计
前言
当前我国几乎每个城市都建有污水厂，用来处理城市污水，缓解水资源缺乏难题。鉴于污水厂的水池结构设计对污水处理的合理性有一定影响，所以在实施市政污水处理时，还需提前做好水池结构设计，正确认识污水和污染源，确保污水经处理之后还能实现二次循环利用，切实实现水资源的合理开发以及循环、可持续利用。
1 市政污水厂水池结构设计的特点
在新建污水厂时都要保证处理厂的功能得以充分发挥，同时确保污水处理的合理性，尽量融入现代化技术手段，提高污水处理的技术含量，实现污水处理质量的优化。综观国内污水厂设计，几乎所有厂都将设计重点放到了水池结构设计上，通过一系列水池强度计算、抗裂度计算、防腐性计算、裂缝宽度计算方式，对污水池结构进行了全方位的优化，切实保证了市政污水厂水池结构设计质量，实现了污水的合理、优质处理。简单来说，大型污水厂水池结构的设计特点概括为水池防腐、防渗、防裂。
2 市政污水厂水池结构设计的基本要求分析
2.1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。水池的池壁主要承受土压和水压两类荷载，池水的深度一般都是按照满池水进行计算，主要是设备故障或人员操作失误会导致水池满水情况出现，由此可见，池壁荷载的取值应为高限，这样一来就不存在较大的变异。因此，可以以0.9作为池壁的附加安全系数。
（2）裂缝控制。通过对大量建成并投入使用的市政污水厂进行调查发现，很多水池都存在裂缝。形成裂缝的原因很多，在水池设计计算中要根据水池所处的环境类别、水池内介质的情况及地下水的腐蚀性来控制裂缝的宽度。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0.15%；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0.15%。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。在特殊的介质环境中，对钢筋有腐蚀性要求的，应该根据具体情况在混凝土中添加阻锈剂。对深池可以根据计算结果和构造要求采用分段配筋来减低工程造价。
2.2抗浮验算
在水池结构设计中，抗浮验算是重点考虑问题，也是除渗漏外造成工程事故的主要原因之一。通常情况满足设计规范，根据当地水文资料及地质详勘资料给出的常年最高地下水位验算，对于大型水池，除了进行整体抗浮验算外，还要对底板进行局部抗浮验算，不满足局部抗浮时要对底板进行配重或采用抗拔桩处理，这样会造成建设成本增加，最好的办法是和工艺专业有效沟通，满足工艺前提下尽量提高底板的标高，这样才能达到安全经济目的；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。
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3 市政污水厂水池结构的具体设计研究
本文以市政某污水厂工程为依托，对其水池结构设计进行详细论述。
3.1工程简介
该污水厂设计规模为5万吨，总占地面积约为5万m2。本工程南北最长处约为100m左右，东西最宽处约为60m左右，工程主要构筑物为钢混结构好氧池、调节池及生化池组成，属于大型水池。经前期地勘测得该区域内稳定的地下水水位在0.8m左右。由于受到降雨和地表径流的影响，从而对水池结构中的钢筋形成了一定的腐蚀性。
3.2工程难点分析
该工程的技术难点主要体现在以下几个方面上。其一，水池池壁的受力问题。由于水池的设计深度为8.5m，池中有效水深为8m，若是采用悬臂构件，配筋以及混凝土的用量会非常大，工程造价相对较高。其二，水池抗浮问题。因该工程的水位较高，特别是在雨季时，地下水水位的上升速度非常快，从而带来空池检修期间的抗浮问题。其三，沉降问题。本工程的特点是构筑物体量较大，加之场区内存在不均匀的软弱土层，致使构筑物很容易出现不均匀沉降的现象，导致其安全性和使用功能受到影响。其四，裂缝和池体耐久性问题。由于水池为钢混结构，加之一些外因的影响，很容易形成裂缝，同时，污水处理成分较为复杂，需要进一步解决钢筋和混凝土的抗腐蚀问题。
3.3水池结构设计的具体技术措施
针对工程中的难点问题，下面给出具体的解决措施。
（1）池壁受力问题的解决措施。经过综合考虑后，决定采用扶壁式挡水墙设计，池壁厚度控制在0.4m，扶壁间距控制在4m，这样一来便可以大幅度减少池壁配筋和混凝土的总体用量，有利于降低工程造价。
（2）水池抗浮设计措施。为了有效解决水池检修期间的抗浮问题，从以下两个方面进行了抗浮考虑：其一，降低构筑物的埋深深度，在不影响结构本身稳定性的前提下，经计算后，将原设计埋深4m改为2.5m；其二，应用预应力管桩+池底锚固，并将池底板厚度改为0.7m。通过以上两方面措施，进一步降低了工程造价。
（3）裂缝的处理措施。①由于水池池壁受温度的影响，很容易产生温度裂缝，经研究后决定采用后张法无粘结预应力结构，即在池壁的水平向和竖向分别施加预应力，使整个水池始终处于受压状态下，这不仅有助于提高池壁的抗渗性，而且还有利于提高整个池体的耐久性。②向混凝土中掺入适量的外加剂，并采取一次浇筑成型不留冷缝的施工技术，这样能够有效避免收缩开裂问题的发生。
（4）池体耐久性设计措施。根据有关资料记载，常规混凝土在不加任何防护措施的情况下，虽然初期建设费用较低，但是在15a以后，便需要进行第一次大修，40a内一共需要修复4次，修复费用大约为初期建设费用的4倍左右。大型污水处理厂的水池一般使用寿命都在30～50a左右，若是采用常规混凝土会导致后续的维修成本增大。如果在工程建设时，采用加钢筋阻锈剂并掺入硅灰的方法，虽然初期建设成本会有所增大，但是这种结构在50a以内不需要进行大修，并且结构本身的耐久性也要远远高于常规混凝土。
4结束语
综上所述，本文对市政污水厂水池结构设计作了详细论述，指出污水处理池结构设计除了要满足设计强度需求外，还要重视水池结构设计，切实确保污水厂水池结构设计质量，使其污水处理功能得以充分发挥。
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论文作者:王洋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/26
标签：水池论文; 污水论文; 结构设计论文; 混凝土论文; 荷载论文; 污水处理论文; 裂缝论文; 《防护工程》2018年第34期论文;