市政污水处理厂水池结构设计要点分析

市政污水处理厂水池结构设计要点分析

史新东

身份证号码：1307251992****0099

摘要：随着我国城市化进程的加快，城市污染问题日益严重，其中水污染日益成为困扰环境治理的一大难题。水资源的科学开发和循环利用以及污水的合理处理已成为世界各国政府解决环境污染问题的重要内容。近年来，我国建立了大量的污水处理厂，水池的结构设计是污水处理厂设计的关键内容。合理的水池设计，把握水池设计的关键要素，使其更好、更高效地工作，是城市污水处理厂结构设计的重要内容。

关键词：污水处理厂；水池结构；抗渗

污水处理厂是处理工业废水与生活污水的重要途径，它对净化生活环境、提高人们的生活质量有着举足轻重的作用。目前，我国已将污水处理厂的建设与发展列为重点发展项目，因此，污水处理厂水池结构的安全问题、质量问题和经济效益都十分重要，应根据有关规定合理进行设计。

一、污水处理池结构设计中存在的问题

1.对水池防渗不够重视，抗渗指数低，使用寿命极大缩短。处理厂的水池一般采用钢筋混凝土结构，很多设计人员在设计结构材料时只注重抗压强度，忽略抗渗透性，导致污水池在实际运行过程中，因常年水位较高，其结构在温湿度作用下形成巨大的拉应力，使污水池表面极易出现龟裂现象，不但使水池抗渗透性下降，还会缩短污水池的使用寿命。

2.污水池表层材料的施工设计不足。以前的污水池结构设计只注重结构的稳定性，减少因不均匀沉降引起的裂缝。当前污水池使用过程中，因污水具有腐蚀性强、极易渗漏等特点，会使水池表面产生许多裂缝，对水池内部结构造成进一步破坏。因此，在设计污水处理厂的水池时，要更加注重污水池表面涂料的材料选择和防渗设计，采取科学有效的措施对污水池二级结构进行防腐。

二、水池结构的设计要点

1.结构承载力计算方面。水池结构设计时应进行承载能力极限状态验算，包括地基承载力验算以及水池抗浮验算等方面的内容。除对结构整体稳定性验算以外，均应采用以分项系数的设计表达式进行设计。水池结构设计需要紧密结合当地地质水文条件，因此在计算前，应深入了解当地地质资料，仔细研读地勘水文报告，收集与污水处理水池结构设计有关的信息，确定地基承载力，在此基础上对水池结构的基础进行设计，对地基变形和水池稳定性进行验算，并合理设计水池截面和配筋，对水池进行强度验算，以使水池满足承载力要求。一般简单水池设计可合理简化计算模型，拆分水池构件，选用合理的计算模型对水池结构构件如顶板、池壁、底板分别进行计算。应用此种设计方法时，应准确判断各构件支承条件、合理选择池壁计算长度、准确判断构件受力方式如单向受力还是双向受力，并充分考虑结构构件之间的相互作用，明确构件之间的传力路径。复杂水池因为受力情况复杂，可进行整体建模分析，运用有限元软件进行数值模拟，此种方法可以准确分析水池整体结构在各工况下的受力和变形情况，计算结果更加准确。在地下水丰富的地区，还需要重视水池结构抗浮验算。除水池整体抗浮计算外，对多格水池或者中间有柱子的封闭水池，还需找出最不利荷载组合进行局部抗浮计算。抗浮系数不应小于1.05，如不满足要求，设计师需结合场地条件采用合理的抗浮措施，如采用抗浮桩、锚杆，增加池体自重等。

2.结构抗裂性能和裂缝宽度计算方面。污水处理池的钢筋混凝土结构设计应特别注意抗裂性能及裂缝出现的宽度，对各种类型各种形式的钢筋混凝土水池设计均应进行正常使用极限状态的验算，对水池结构的抗裂性和裂缝宽度的计算，需要根据荷载作用的不同受力情况分别进行。《给水排水工程构筑物设计规范》规定：截面为轴心受拉或小偏心受拉时，应按不出现裂缝进行控制，取作用短期效应的标准组合进行验算，以此进行结构抗裂度验算；结构截面受弯、大偏心受压或受拉时，应按裂缝宽度控制，取作用长期效应的准永久组合进行验算。

3.全面分析荷载状态和不同的荷载组合。结构上的永久作用包括自重，土竖向压力和侧向压力，池内部水压力，地基不均匀沉降和结构预应力等。可变作用包括：池顶活荷载、风荷载、雪荷载、地表和地下水压力、温度湿度变化作用。偶然作用是指在使用期间不一定出现，但发生时其值很大且作用时间很短，例如爆炸作用。不同类型的水池应当根据具体受力情况选用不同的荷载组合。水池结构设计时，应全面分析荷载状态，确定结构的不利荷载组合进行分析计算。如挡水墙计算时荷载不利组合为：池内有水，池外无土；池外有土，池内无水两种。双层水池一般荷载组合为：（1）上下层均满水；（2）上层满水，下层空；（3）上层放空，下层贮水；（4）上、下层均放空，池外有土压。多格水池还应分析具体应用条件，一般需要考虑水池间格有水的工况。圆形水池对温湿差作用较为敏感，除分析内水压+自重、土压+地下水压力+自重外还应考虑水压+自重+温、湿度变化作用的工况。尤其是水池结构池壁外露，池内有水的条件下，当冬季壁面温差的绝对值大于夏季壁面温差的等效温差的绝对值时，以及当夏季壁面温差的等效温差的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时，这两种荷载组合一般属于最不利工况。

4.水池裂缝产生原因及结构控制措施。通过对已投入运行的污水处理厂进行调查与分析，水池池体出现裂缝的主要原因有以下几点：混凝土结构自身收缩变形；地基不均匀沉降；使用过程中上部荷载超过设计荷载等。水池结构设计过程中控制裂缝的措施：（1）水池计算应全面考虑各种不利工况，全面考虑各种荷载组合，避免漏项。（2）池体合理设置结构伸缩缝或现浇加强带，水池走道板都以3~4m为间隔设置一道伸缩缝。（3）敞口水池顶端配置内外两侧各不少于3根的水平向加强钢筋，钢筋间距不宜大于10cm，直径不应小于池壁受力钢筋，且不宜小于16mm，以预防顶部开裂所形成的破坏。（4）为避免出现贯穿裂缝，矩形水池每侧在水平方向上的构造配筋，最小配筋率应大于0.15%。圆形水池外侧的构造最小配筋率不小于0.35%，内侧大于0.15%。（5）池壁及底板配筋在合理配筋率的基础上，优先考虑选用“细而密”的配筋方案，即选择钢筋直径相对较小，但间距密的配筋方案，以合理控制裂缝。

5.池体面层涂料和材料选择方面。污水一般具有强腐蚀性和污染性。一旦污水渗漏将导致地下水和土壤的污染，所以在结构设计中要考虑结构抗渗抗冻性能。设计应明确混凝土和钢筋的强度等级，明确混凝土的抗渗等级和抗冻等级。合理控制混凝土水灰比和骨料选择。根据污水处理厂所在地的天气条件，可适当选用混凝土外加剂，如抗冻剂防水剂等以提高混凝土抗冻性、防水性，改善混凝土耐久性。

6.底板内力计算模式的选择。在池体容积小的底板内力计算时，应按照地基的反力直线分布的情况进行计算。为了减少底板弯曲应力，要确保池内水重与地基反力相互抵消，这是因为在池壁作用下，底板上地基反力才会使底板产生弯曲应力。如果池底遇到软土地基时，底板内力计算模式应不考虑在荷载作用下地板的弹性变形，底板跨中的最大弯矩是弯矩和底端的固弯矩之和。在底板配筋时，应按照弯矩进行配筋，其下表面为构造配筋（见图1）。

图1池底平面配筋图

另外，根据工程实际计算结果分析，如果底板下表面的配筋较多，需要在纵墙位置设置构造配筋。通常来说，应以建筑内墙和外墙为集中力，按弹性地基梁来分析墙体的内力。此外，为了避免地基发生变形，应按半无限弹性体假定进行计算。

总之，在实际结构设计当中，应结合影响建筑物的各种因素，合理地选择水池设计方案，在确保工程质量的情况下，最大限度地节省工程造价，确保工程的生态效益，提升工程的经济和社会效益。

参考文献：

[1]王红.市政污水处理厂水池结构设计要点探讨.2021.

[2]孟涛.市政污水厂水池结构设计的分析应用.2020.