淺析大型污水處理廠水池結構設計要點

摘要：隨著經濟的發展，我國城市化與工業化的速度不斷加快，水平不斷提高，在這個過程中造成了非常嚴重的環境污染問題。尤其是對水體造成污染非常嚴重，受到了社會的廣泛關注。我國相關部門也根據水資源的利用現狀制定了相關的可持續發展的政策，其中大型污水處理廠的建設工作也正在開展，污水池是大型污水處理廠當中的核心構成，其設計的好壞直接關系到污水處理的效果。因此探討污水池的結構設計要點具有重要的現實意義。

關鍵詞：污水處理廠;水池結構;設計方法

當前，污水處理廠是我國解決水體污染問題的重要手段之一，已經成為各大城市建設、工業發展等領域中凈化污水的重要環節。使用安全、技術水平先進、質量可靠以及經濟成本合理的污水處理廠對于我國治理水體污染具有重要作用，也是環境保護的重要任務。污水處理廠中的核心工程就是水池結構工程，在設計水池的過程中，需要綜合考慮其池壁的受力問題、出現沉降不均勻的問題以及溫度裂縫等難題，因此水池的結構設計具有一定的復雜性。所以在實際設計工作中，相關技術人員應當針對可能出現的問題制定合理有效的解決措施，確保設計的可靠性以及水池結構工程的可行性。本文首先探討大型污水處理廠水池結構設計方法，然后分析了水池結構的設計過程中出現的一系列的問題。最后系統的指出大型污水處理廠水池結構的設計要點，希望能夠為同行提供相應的經驗。

1.大型污水處理廠水池的結構設計特點

1.1水池結構設計應當滿足國家與行業的相關規定

首先是對不同類型與結構的水池應當做好強度驗算的工作，與工程的實際水文地質條件、荷載情況等，明確結構驗算的穩定性。以鋼筋混凝土水池為例，應當仔細的驗算其產生的裂縫寬度。水池結構在池內水壓力的巨大荷載的作用下，水池的構件截面會出現軸心受拉的狀態，所以必須對其抗裂性能進行驗算。在使用過程中出現荷載，水池的構件截面會呈現受彎的狀態，所以必須對裂縫的寬度進行驗算。對于預應力的混凝土水池，還需要對其抗裂度進行驗算。

1.2水池結構設計中的截面設計重點

截面設計的重點問題首先就是強度設計中的安全系數，主要是是對以下三點進行設計：第一是水池頂蓋設計中的安全系數。因為水池的頂蓋需要承受來自于頂蓋本身的自重以及覆土重等方面的荷載。且由于土壤的重量會隨著密度、水分的變化而不同，具有明顯的變異性特征。因此，在設計中應當以1.0作為水池頂蓋的附加安全系數;其次是池壁設計過程中的附加安全系數，池壁需要承受的荷載主要是來自土壤和水體，水的深度通常按照滿池狀態實施計算，其容重差別較小。而土壤的壓力通常使用郎肯主動土壓力理論實施計算，相對于水其容重會偏大，所以池壁荷載的取值一般選擇高限，不會出現較大程度的變異。0.9是較為理想的安全系數，與結構設計的要求也相一致。

第二是裂縫的問題分析，通過對幾所已建成的水池實施調查發現，污水處理廠的水池裂縫通常呈現為豎向，且分為以下兩種情況，首先是貫穿性的裂縫，主要是由于混凝土受到冷熱交替影響產生收縮而導致的;其次是池壁外側中發生表面裂縫，此時如果不采取有效的措施制止，裂縫將會蔓延到整個截面。除此之外，在工程實踐期間中發現，水池中的外挑現澆走道板都出現了情況較為嚴重的裂縫，其范圍還在不斷擴大，逐漸延伸到池壁上。因此，應當對水池中的外挑現澆走道板每隔8-10m采用機械切縫的形式，切出一道伸縮縫，伸縮縫采用建筑油膏和麻絲進行填充，給混凝土水池留下一定的伸縮空間，防止裂縫的發生。

第三則是配筋的構造問題;在對水池池壁的配筋進行構造期間，需要根據水池的具體形狀進行選擇：以地上式矩形水池池壁為例，其受到溫度與濕度的影響較大。因此為了防止貫穿性裂縫現象的出現，在池壁的水平方向，每側的最小構造配筋率不應當低于0.15%;某部分沒有頂蓋的水池，池壁頂端經常會出現開裂，所以應當在其頂部四周配設水平向的鋼筋進行加固，內外側每邊不少于3根;圓形水池的池壁外側最低構造配筋率應當大于等于0.35，內側也不能低于0.15%;最后是無頂蓋敞口水池，其底板上層的鋼筋最小構造配筋率不能小于0.15%。

1.3水池的荷載以及荷載組合

水池受到的荷載主要有水壓、土壓力、地下水的壓力以及溫度和濕度產生的荷載等。首先是水壓，指的是水池中的水產生的壓力，其在水池荷載中占有很大的比重。水壓的計算通常將水池按照滿水來考慮，之所以采用這樣的方式是因為在運行過程中可能出現錯誤操作或其他原因導致水池滿池現象出現，其未來的發展趨勢則可能會挖潛而超出原設計水位;其次是土壓力，土壤對于水池池壁的側壓力通常使用郎肯理論進行主動壓力的計算。但是土壤的側壓力存在許多變化因素，主要有回填土的粘結性、密實度以及土壤的含水量等等。使用郎肯理論進行計算相對來說更為安全;第三是地下水壓力，地下水產生的壓力對水池底板會產生一個托浮力，從而嚴重威脅水池底板的安全，這也是水池結構設計過程中應當高度重視的問題。為了減小或避免地下水水壓力對水池底板造成破壞，水池底板在結構設計上按無梁板考慮，在池底地基承載力與池體自重、池體浮力和水重的基礎上實現平衡。當他們之間不能實現平衡時，如果池底地基承載力不足以承受他體自重及水重時，就應進行地基處理，當空池時，池體自重不足以抵抗地下水產生的浮力時，就應采取抗浮措施。當地基條件較好、地下水的水位不超過池底，且不考慮地下水壓時，底板可構造處理，此時應采取相應的手段及時排除掉地表中積累的水，避免積水滲透而產生浮力;第四則是溫度與濕度的荷載，水池受到環境的影響較大，其結構物的溫度和濕度會隨著環境氣候等因素的變化而不同，很可能讓結構物的體積發生了改變，當體積變化受到某種作用力的約束時，它也會產生相應的應力。

考慮荷載組合是水池結構設計中的重要環節，首先是水壓與水池自重的組合，這也是水池結構設計中的最根本的荷載組合;其次是水壓、自重以及冬季溫差的組合，當冬季來臨時水池會受到溫差、濕差以及水壓的同時作用，水池池壁面上產生溫差的絕對值高于夏季絕對值時，會出現對水池結構最為不利的組合之一;第三是水壓、自重以及溫差的荷載組合，主要是在夏季來臨時產生的，與冬季來臨時相同該現象也是非常不利的組合;第四是土壓與自重的組合，其所指的是外部有覆土的水池，地下水位產生地下水壓時，該荷載組合是水池中最基本的組合，水池工程在完工之后以及水池的放空時期都會出現該荷載組合。結合上述內容，就能夠發現，無覆土的水池計算池壁荷載的過程中，應當采用上述中最不利的組合情況來計算所需的內力，而對于有覆土的水池，第二種和第三種組合不需要考慮。

2、大型污水處理廠水池結構設計中的問題

2.1防滲等級低

大型污水處理廠中的水池結構一般都是鋼筋混凝土結構，但是在實際的水池結構設計過程中，多數設計人員更加重視混凝土結構的抗壓強度，而忽視了其抗滲等級。這樣設計出來的水池結構在實際投入使用后，由于污水處理廠中的污水池一直是滿水位運行的狀態，再加上其溫度和濕度之間存在的差異導致內部出現應力，致使水池的池壁表面出現龜裂，水池的使用壽命也很大程度的被縮短。

2.2水池表面材料的施工工藝不完善

在傳統污水處理廠的水池結構設計過程中，更多的重視其穩定性和穩固性，對于因不均勻沉降導致的裂縫等現象采取非常積極的手段解決。但是水池在實際的運行過程中不僅受到不均勻沉降的影響，同時會由于污水腐蝕以及滲透等諸多因素的共同作用，導致水池表面出現細裂縫，嚴重的更會腐蝕水池的內部結構。同時設計工作者在設計過程中，沒有制定完善的關于水池表面材料的施工工藝設計，缺乏有效的針對水池池壁的二級結構防腐措施。

3.大型污水處理廠水池結構的設計要點

3.1以當地地質環境為基礎，進行結構設計和驗算的工作

首先需要驗算水池結構的強度，對于不同結構、類別以及形式的水池，都需要進行詳細的結構強度驗算。設計者在計算水池結構時，應當詳細閱讀工程地質勘察資料以及水文地質報告等。根據該項目的需求以及該地的實際條件開展強度的校核與驗算工作。特別是需要加強不同形式巖層結構水池的驗算，準確的計算出水池的地基基礎以及其結構的穩定性，防止施工中或者運行中因地質原因出現各種結構問題，也為后期的維護檢修工作降低難度;其次是驗算最不利情況下水池的裂縫寬度，裂縫寬度不應超出有關規范的要求。

3.2水池結構表面材料防腐涂刷施工工藝設計

污水對環境造成的危害非常大，一旦水池出現裂縫等現象，污水發生滲漏就會導致地下水被污染，更為嚴重的可能導致重金屬污染。因此需要制定污水池表面防腐以及二級結構防腐和防滲措施，在制定這一系列措施的過程中應當充分考慮到水池結構設計的延伸應用，同時將其歸納到水池結構表面施工工藝的說明書及相關資料中，正確的指導水池結構的施工。水池的澆筑應當結合現澆混凝土施工工藝，掌握好具體的施工深度實施分節澆筑，澆筑完成后的第一時間對表面進行養護，避免出現裂縫現象;其次，如果是設計半埋式污水池結構，需要對水池底層采取相應的防腐、防滲、防潮處理措施。一般來說，需要制定系統的三層防潮處理措施。除此之外，在完成澆筑之后，對水池內壁的表面進行必要的防水層施工，多使用環保納米材料在表面上進行反復的涂刷。同時對于地上水池的外層部分而言，需要噴涂完整的瀝青防水層實施處理，首先在外層表面上涂抹一層冷底子油，隨后實施瀝青防水材料的涂刷，反復涂刷兩次。

結束語

建設大型污水處理廠是我國踐行環境保護舉措、貫徹可持續發展戰略的重要環節，而污水處理廠中的水池結構的設計則是其核心組成部分，其結構設計的優劣直接關系到污水處理工作質量的高低。綜合前文所述，大型污水處理廠的水池結構不僅要滿足對強度的要求，還必須確保其抗滲漏的性能、耐腐蝕的性能以及抗凍等性能的要求。設計人員在對水池結構進行設計的過程中，應當充分考慮各種客觀條件和因素，結合當地的具體情況，制定合理有效的防腐抗滲措施，優化大型污水處理廠的水池結構設計方案。

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