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談污水廠構(gòu)筑物水池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

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談污水廠構(gòu)筑物水池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

摘要:隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展,環(huán)境保護意識的不斷增強,對城市環(huán)境的要求也越來越嚴(yán)格,對于市政來說,污水廠是對環(huán)境影響比較大的建筑工程,因此城市污水廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要結(jié)合先進的設(shè)計理念,采用先進的施工技術(shù),摒棄落后的水池結(jié)構(gòu)和施工材料,保證污水廠水池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,從而更加有效地為城市的環(huán)境建設(shè)服務(wù)。

關(guān)鍵詞:污水廠;水池;結(jié)構(gòu)改造

1前言

國家對環(huán)境保護的重視增強,加之城市發(fā)展迅速,對污水處理的能力和標(biāo)準(zhǔn)也提出了更高的要求。提高污水廠的處理性能是對我國生態(tài)文明建設(shè)的積極響應(yīng)。污水廠在處理生活污水和工業(yè)污水的指標(biāo)上,需要不斷改進,適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)境保護的標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計人員在對污水廠水池改造的設(shè)計過程中,需要考慮改造的可行性和經(jīng)濟性,選擇節(jié)能低耗的方案。

2污水處理廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1根據(jù)實際情況開展水池結(jié)構(gòu)設(shè)計和驗算工作

在對污水廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計之前,需要對污水廠所在地進行實地的環(huán)境考察和地質(zhì)勘探,深入了解當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)情況和污水主要來源,從而核算水池結(jié)構(gòu)需要具備的載荷能力,并要進行驗算工作。在對水池結(jié)構(gòu)進行驗算后,還要考慮以下幾方面的影響:1地質(zhì)條件。要準(zhǔn)確驗算巖層結(jié)構(gòu)與水池結(jié)構(gòu)的匹配度。2水池的抗裂度或者裂縫寬度。污水廠水池一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),因此需要考慮抗裂度和裂縫寬度對水池穩(wěn)定性的影響。抗裂度和裂縫寬度主要跟水池在載荷的作用下,截面的受力狀態(tài)有關(guān)??沽讯仁侵篙S心受力是拉長,而裂縫寬度是軸心受力是變彎。

2.2對污水池表面材料施工工藝進行設(shè)計

由于污水處理廠處理的污水包括生活污水和工業(yè)污水,里面含有的雜質(zhì)種類較多,包括腐蝕性及滲透性比較強的有毒有害離子。所以在對水池表面材料設(shè)計時,需要考慮防滲防腐蝕性,從而避免污水對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。另外由于環(huán)境和天氣的影響,也要考慮材料的伸展和收縮性,保護水池結(jié)構(gòu)的完整性。在具體的施工過程中,設(shè)計人員需要叮囑施工人員完成對水池表面材料的多層處理,確保水池的防滲透性和防腐蝕性。

3污水處理廠水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題

3.1水池的防滲透性能過低

由于污水池當(dāng)中的污水經(jīng)常會含有不良的腐蝕性物質(zhì),在長期使用以后經(jīng)常會造成水池表面出現(xiàn)不良腐蝕和裂縫問題,進而造成了水池產(chǎn)生不良滲透問題,直接影響到了整個水池的工作效果。污水處理廠的水池結(jié)構(gòu)當(dāng)中,主要是通過鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)組成,這種結(jié)構(gòu)在外部環(huán)境的影響下,很容易產(chǎn)生熱脹冷縮,從而引起應(yīng)力的變化,因此也有可能會造成水池表面出現(xiàn)混凝土裂縫問題。

3.2水池表面材料的施工工藝設(shè)計不足

在傳統(tǒng)的污水處理廠建設(shè)過程當(dāng)中,水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作必須要充分注重水池整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和牢固性,因此將更多的設(shè)計重點放在了水池結(jié)構(gòu)的不均勻沉降以及水池表面所產(chǎn)生的裂縫問題上,而忽略了其他因素對水池結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響,例如水池表面沒有涂刷防腐材料,同時也沒有針對水池的表面進行二級預(yù)防設(shè)計工作。在污水池的實際運行過程中,除由于池體的不均勻沉降而使池體表面產(chǎn)生裂縫外,池體的防腐蝕以及防滲透性能較差,也在很大程度上加快了整個水池表面裂縫的擴張速度,同時,污水通過裂縫滲透到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部,進而會對整個水池結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成更加深入和嚴(yán)重的破壞。

3.3防滲防漏問題分析

污水廠的水池一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),為了提高鋼筋混凝土的防滲透性,施工時都會增加混凝土的覆蓋量,進而增加了鋼筋的承受力,從而會加重鋼筋混凝土的變形程度,嚴(yán)重的時候會產(chǎn)生不同程度的裂痕,最終破壞了水池結(jié)構(gòu)的完整性,加大了水池的滲透。與此同時,設(shè)計者在設(shè)計水池的構(gòu)造配筋時,未按照常規(guī)的圓形或者矩形設(shè)計,不規(guī)則的水池設(shè)計會造成水池結(jié)構(gòu)載荷不匹配,從而長時間使用,會對水池結(jié)構(gòu)造成破壞性影響,甚至是貫穿性的裂痕,無法保證水池的防滲防漏。另外,根據(jù)水處理工藝的要求,需要在水池內(nèi)部設(shè)置預(yù)埋件,也會對水池結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。底部的載荷和鋼筋混凝土的填埋程度不一樣,會造成各個方向的拉伸力不同,從而產(chǎn)生不同程度的裂縫。

3.4抗浮問題分析

尤其在水池放空檢修階段,水池會出現(xiàn)上浮的問題。主要原因是在水池設(shè)計過程中,設(shè)計抗浮水位選擇不恰當(dāng),水池頂板和底板的抗浮性驗算以及整體抗浮不夠準(zhǔn)確,抗浮穩(wěn)定系數(shù)不能滿足抗浮要求。另外,地質(zhì)勘探的缺乏,地基處理不當(dāng),也會影響水池的穩(wěn)固性,造成上浮。

4主體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

4.1具體設(shè)計要求

(1)設(shè)計的安全系數(shù),具體體現(xiàn)在以下幾個方面。其一,頂蓋強度設(shè)計的附加安全系數(shù)。通常情況下,水池結(jié)構(gòu)的頂蓋所承受的荷載包括自重荷載、活荷載以及覆土荷載等,在這幾類荷載中,自重荷載和覆土荷載的比例較大。由于土體本身的容重會隨著含水量、密度等因素的變化而發(fā)生改變,并且還具有變異性較大的特點,所以,附加安全系數(shù)的選擇應(yīng)以1.0最為理想。其二,水池池壁設(shè)計的附加安全系數(shù)。水池池壁的受力載荷主要包括外土壓力、地下水壓力和池內(nèi)水壓力。內(nèi)水壓力要按照水池運行時可能出現(xiàn)的最高水位進行設(shè)計,這樣就不會因為特殊情況造成水池的載荷壓力過大。(2)裂縫控制。在污水廠的運行過程中,很多水池都會有不建筑規(guī)劃與設(shè)計同程度的裂縫。造成裂縫出現(xiàn)的原因有很多,因此在水池設(shè)計的過程中,要通過前期的地質(zhì)勘查,合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,盡量減少裂縫的產(chǎn)生及裂縫發(fā)展。對于超長水池,為了防止混凝土水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫,還要按照規(guī)范要求設(shè)置后澆帶,后澆帶的設(shè)置可避免部分不利的溫差及混凝土收縮產(chǎn)生的溫差,從而增大了伸縮縫的間距。后澆帶的間距首先考慮削減收縮力,其次需要考慮的是與施工縫結(jié)合。對工期比較緊的工程可以采用UEA混凝土加強帶,依靠加強帶UEA混凝土較大的膨脹應(yīng)變,補償兩側(cè)的溫差變化,可以抵消由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力。也可對UEA進行調(diào)配,這樣就能補償混凝土的收縮,使混凝土收縮溫差≤0,同樣能夠達(dá)到增大伸縮縫的目的,另外添加防滲劑便可以達(dá)到防滲抗裂的目的。(3)配筋。在設(shè)計水池池壁的配筋時,應(yīng)當(dāng)按照具體形狀進行區(qū)分,如矩形水池池壁水平方向最小配筋率不得低于0.20%;圓形水池池壁外側(cè)最小配筋率不得低于0.35%,內(nèi)側(cè)不得低于0.20%。增加配筋率能增加混凝土的拉伸,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,在節(jié)點應(yīng)力集中處沿截面配置細(xì)、密的構(gòu)造鋼筋或網(wǎng)片,可提高構(gòu)件的抗裂能力。在具有腐蝕性環(huán)境或者處理腐蝕性污水的條件下,需要在混凝土中增加防銹劑,可以增加水池的使用年限。

4.2抗浮設(shè)計

通過考察污水廠的實際問題,會發(fā)現(xiàn)抗浮性也是水池結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的常見問題。那么在設(shè)計的過程中,就要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H地質(zhì)情況,包括天氣及環(huán)境等因素,核算出相對精確的地下水最高水位。水池除滿足整體抗浮要求外,還需對底板等進行局部抗浮驗算。另外,在滿足水處理工藝要求的前提下,與水專業(yè)有效溝通,盡量提高底板的標(biāo)高,從而達(dá)到安全經(jīng)濟目的;對地下水位隨季節(jié)變化大的區(qū)域,可以考慮在水池四周設(shè)置降水井來降低地下水位,達(dá)到抗浮的目的。

4.3主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算與分析

主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法主要有兩種:一是采用經(jīng)典力學(xué)分別對底板及池壁進行簡化計算分析。底板可采用彈性地基梁板法計算筏板內(nèi)力,也可以采用倒梁樓蓋法進行計算,具體設(shè)計時可結(jié)合兩者計算結(jié)果配筋;外墻池壁可按連續(xù)板進行計算,各層樓板作為支座,其中頂板及中板按鉸支座、底板按固定支座考慮,水平荷載則可水土分算。此種方法的優(yōu)點是計算分析時間較短,缺點是計算結(jié)果精度相對較低。二是通過建立空間整體計算模型,采用有限元單元法對箱體結(jié)構(gòu)進行空間整體分析。此種方法可借助有限元軟件,通過對計算模型的合理劃分單元,能夠獲得比較精確的計算結(jié)果,且可以根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖進行構(gòu)件的變截面設(shè)計,依據(jù)構(gòu)件內(nèi)力分布進行配筋設(shè)計。此種方法與第一種設(shè)計方法相匹配筋更為經(jīng)濟合理,但計算分析時間較長。

5水廠水池結(jié)構(gòu)的施工

5.1底板施工要點

其一,在對混凝土開展?jié)仓ぷ髦埃紫刃枰獧z查現(xiàn)場地基土壤質(zhì)量,判斷和確定它是否符合設(shè)計要求,如與設(shè)計圖紙不符,那就應(yīng)該根據(jù)相關(guān)實際情況采取合理的處理措施,處理完成后方可進行混凝土墊層的澆筑。其二,混凝土墊層澆筑完成之后,再進行底板中心、角點處的測量和確定,以此為基礎(chǔ)按照設(shè)計尺寸實施放線操作,確定底板邊線、池壁邊線,并且正確描畫鋼筋分布線,沿著所畫分布線進行鋼筋的鋪放與綁扎施工,再實施底板外模板的安裝。其三,在綁扎鋼筋的過程中,需要認(rèn)真、細(xì)致檢查各項參數(shù)和指標(biāo),主要包括搭接長度、間隔距離、直徑、具體的位置以及預(yù)埋件數(shù)量等,都必須與相關(guān)設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)相符。對于上下層鋼筋而言,必須通過馬凳筋的應(yīng)用進行有效固定,以避免在進行混凝土澆筑工作的時候引發(fā)鋼筋塌陷等現(xiàn)象。其四,懸空架設(shè)柱基模板,利用體積較小的臨時方木對下方墊層進行支撐,在進行混凝土澆筑的同時取出臨時方木。其五,對于底板,需要進行一次連續(xù)澆筑,在完成此項操作后不得預(yù)留施工縫。嚴(yán)格控制暫停施工的時間,切忌大于混凝土初凝時間。如果底板厚度較大(大于200mm),需采用插入式振動器進行操作,且要做好混凝土的降溫、防裂等養(yǎng)護工作。其六,對于底板和池壁相連部位的水平施工縫,一般常留在與基礎(chǔ)上口相距500mm的位置,在池壁混凝土澆筑和振搗之前,需要將止水鋼板安裝并固定好。其七,在完成混凝土澆筑施工之后,如果強度小于1.2Mpa禁止振動,同樣不能將腳手架安裝于底板位置。

5.2池壁混凝土澆筑

在實際的施工過程中,水池池壁的固定模板用的鐵絲和螺栓不宜直接穿過池壁,避免大的破壞造成載荷不同,會在以后的使用過程中出現(xiàn)裂縫的隱患。若當(dāng)螺栓必須穿過池壁時,需采取螺栓上加焊止水環(huán),止水環(huán)應(yīng)滿焊。且各個施工縫應(yīng)做好預(yù)處理工程,保證沒有縫隙出現(xiàn),造成以后的工程隱患。

5.3池體粉刷、防腐層等施工

池體的粉刷、防腐措施應(yīng)根據(jù)構(gòu)筑物的不同要求進行,對于污水廠的構(gòu)筑物來說,池體內(nèi)外壁可根據(jù)不同情況采用冷底子油+熱瀝青、聚合物水泥砂漿、氰凝涂料、IPN8710、乙烯基酯防腐涂料等。而在給水廠中對飲水安全要求較高,除在內(nèi)壁采用聚合物水泥砂漿外,還需再做一層滲透結(jié)晶型防水涂料(食品級),外壁的防腐可同污水廠采用氰凝涂料等。

6結(jié)束語

在污水處理廠的污水處理池結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中,結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人必須要對水池的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計要點加以明確,同時必須要對水池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全系數(shù)以及表面抗?jié)B漏等相關(guān)問題加以充分重視,從而使污水處理池在施工、運行及檢修等過程中都能保證其安全穩(wěn)定,減少后期的改造維修費用,使其能長期有效地發(fā)揮作用。

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作者:燕家琪 李川 常偉 單位:中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司