大型污水处理厂水池结构设计分析宋嘉昕

大型污水处理厂水池结构设计分析宋嘉昕

宋嘉昕

天津市市政工程设计研究院300392

摘要：随着我国经济的高速发展和我国居民环保意识的增强，我国关于水污染的处理方式提出诸多相应的法律法规。其中，关于大型污水处理厂的规划和建设也在逐步开展。在污水处理的过程中，水池的结构设计是重要的组成部分，对污水的处理效果产生最直接的影响。本文同归对大型污水处理厂水池结构的分析，探讨了大型污水处理厂水池结构设计中存在的主要问题和结构设计的主要内容。

关键词：污水处理厂；水池结构；结构设计

在我国经济发展和建设的过程中，不可避免地对水资源以及自然环境造成了消极的影响。现阶段，水资源的污染问题是最突出的问题之一。随着我国国民经济由粗放式向集约式的转变，我国国民的环保意识逐渐增强，对污水的有效处理和对水资源的合理利用逐渐成为我国实现可持续发展的重要因素。目前，我国针对水资源的问题规划和设计了一部分污水处理厂，但由于我国对于污染源还缺乏相应的认识，污水处理厂的设计和规划还存在相应的问题。因此，相关设计人员需要对污水处理的水池结构进行分析和研究，不断更新设计方案，确保污水处理效果能够达到预期。

一、大型污水处理厂水池结构的设计

（一）结构的设计需要与相关规定相符

污水处理厂水池结构的设计人员在进行设计之前，首先需要对整个厂区的构筑物制定相应的设计原则，包括使用年限，结构重要性系数、抗震设防标准等，具体依据《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153－2008）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015版）、《构筑物抗震设计规范》（GB50191-2012）等规范及现场工程岩土工程详细勘察报告。

随后对构筑物进行整体及构件验算，根据正常使用极限状态下的荷载组合，根据裂缝控制配筋。

（二）在截面设计过程中的重要问题

1.强度设计的安全系数

首先应根据结构的安全等级来确定结构的重要性系数，根据该系数对作用于池体的各种荷载进行相应的荷载组合，得出荷载设计值，水池的顶板需要承受土压力、屋面活荷载等荷载，土荷载的计算中应考虑土的饱和重度，而在池壁的计算中，水池池壁外侧主要承担土压力，池壁内侧主要承担水池内的水压力。屋面的活荷载选取中应充分考虑水池实际的运行情况，底板的配筋计算中应将地基反力减去底板自重部分及池内水重力。

2.对裂缝问题的分析

一般而言，水池中出现的裂缝主要为竖向裂缝，主要是贯穿性裂缝和池壁外侧的表面裂缝[1]。其中，贯穿性裂缝主要是由于混凝土的收缩导致的，而如果不及时修补和处理池壁外侧中出现的表面裂缝，裂缝可能将继续扩大，甚至延伸至整个截面。此外，在通向水池的走道中也可能会出现裂缝，这种裂缝会逐渐延伸至池壁，因此需要采用预制装配式走道板，每隔一段距离就需要设置伸缩缝，以确保不会将裂缝延伸至池壁。

3.对配筋构造的分析

在选择水池池壁配筋的构造时，要能够根据水池的形状进行区分。如果是矩形水池池壁，为防止池壁出现贯穿性的裂缝，首先需要确保池壁水平方向的最小构造配筋率每侧不得低于0.16%。此外，部分水池并不会设计顶盖，这类水池的池壁顶端会因为约束形式未自由，出现裂缝，因此需要在水池顶部设置水平方向的锁口钢筋。如果是圆形水池池壁，还应注意池壁受拉情况下的配筋验算。

（三）荷载及荷载组合

1.荷载

污水处理厂水池池壁的内侧荷载主要来自于水压力，一般而言，计算水压需要按工艺条件的最高设计水位进行计算，该水位一般高于构筑物正常使用情况下的水位，因此具有一定量的富余。此外，水池池壁外侧的荷载主要来自于土压力。目前计算水池荷载土压的方式以朗肯理论为主[2]。虽然土压存在诸多变化因素，如土的黏度和密度等，但是运用朗肯理论计算土压具有一定的安全性。同时，水池的荷载还来自于地下水的压力。同时还应考虑池体整体的抗浮要求，如果池体自身较轻而地下水埋深较浅时，应考虑采取打桩或增加配重的方式满足抗浮要求。

2.荷载组合

水压力、土压力和混凝土自重是水池结构设计过程中最基本的荷载组合。计算时应进行不同工况进行计算，取最不利的荷载组合计算的结果进行相应的配筋及构造措施设计。

二、大型污水处理厂水池结构设计过程中常见的问题

（一）缺乏充足的防渗系统

污水处理厂的水池结构通常以钢筋混凝土为主，因此，设计人员在进行水池结构设计的过程中，需要加强对混凝土结构抗压强度的分析。然而，部分设计人员在结构设计的过程中往往忽视抗渗系统的运用。在污水处理厂完全投入实际的生产过程中时，由于温度和湿度使部分机构产生的应力，使水池表面出现裂缝，从而缩短了水池的使用寿命。

（二）缺乏污水池表面材料的施工工艺设计

对于传统的污水处理厂水池结构的设计而言，设计人员仅仅只考虑结构设计的稳定性和安全性，而对于水池在使用过程中产生裂缝的因素并不加以考虑。在水池使用的实际过程中，污水的腐蚀和渗透不仅会使水池表面出现裂缝，还可能会腐蚀水池的内部结构。因此，设计人员需要在水池结构的设计过程中为水池的表面材料设计相应的施工工艺，确保水池表面不被污水腐蚀，水池的内部结构不被污水渗透。

三、污水处理厂水池结构设计要点

（一）根据实际情况开展水池结构设计和验算工作

在对水池结构的强度进行验算之前，设计人员需要对所在地进行地质勘探，对当地的水质条件进行调查和了解，根据水池结构本身具有荷载条件开展强度验算工作。在验算完成后，设计人员还需要进行进一步的核算。在验算和核算的过程中，需要准确验算岩层结构和水池结构的稳定性，防止因地质条件不适合而导致水池结构问题的产生。此外，设计人员还需要对水池的抗裂度和裂缝的宽度进行验算。如果污水处理厂的水池结构以钢筋混凝土为主，就需要对水池的抗裂度和裂缝宽度进行验算。此外，在荷载的作用下，如果构件的截面出现的是受弯的受力状态，就需要进行裂缝宽度的验算；如果构件的截面出现的是轴心受拉的受力状态，就需要进行抗裂度的验算[3]。

（二）对污水池表面材料施工工艺进行设计

污水中的杂质较多，渗透性和腐蚀性较强。如果不对水池的表面材料进行施工工艺的设计，渗透的污水就可能会对地下水造成污染，甚至导致重金属的污染。因此，设计人员在对水池表面进行防腐和防渗透的表面材料进行设计时，需要考虑结构设计的延伸作用。首先需要利用现浇混凝土的施工工艺完成对水池表面的浇筑，并在浇筑完成后及时进行养护。此外，还需要对水池的底层进行防腐、防渗以及防潮处理。一般而言，需要对水池的底层进行三级防护处理。此外，在完成混凝土的浇筑后，需要在水池内侧利用环保材料进行防水的施工。同时，在水池的外侧利用沥青喷涂的方式完成防水层的施工，确保水池表面不会被污水进行渗透和腐蚀。

结语：综上所述，对于大型的污水处理厂而言，不仅需要保证水池结构的强度，还需要确保水池的防渗性、抗腐蚀性。设计人员在对污水处理厂的水池结构进行设计时，需要根据本地的地质条件、水质条件以及岩层结构等实际情况进行充分考虑和分析，制定水池结构的最优设计方案。

参考文献：

[1]李彤，尚琳，都晓宁，等.大型污水处理池的沉降控制复合桩基设计[J].中国给水排水，2017（14）：73-75.

[2]闫永超.构筑物水池结构改造设计探讨[J].特种结构，2017，34（01）：38-42.

[3]赵越.小型地下式污水处理厂设计中的关键问题分析[J].给水排水，2017，43（10）：41-45.