污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)探究

【摘要】污水處理廠構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計(jì)，將會(huì)直接影響水池的安全性和經(jīng)濟(jì)性，更會(huì)對(duì)污水處理效果產(chǎn)生直接影響。基于此，本文以?xún)?yōu)化污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)方案為目標(biāo)，對(duì)污水處理廠的構(gòu)筑物類(lèi)型和傳統(tǒng)的抗浮措施進(jìn)行了概述，并分析了新型抗浮設(shè)計(jì)方案的原理、思路和特點(diǎn)，還基于實(shí)際工程案例論述了污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)方案和成效。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠;構(gòu)筑物;抗浮設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)思路

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.177

為避免污水處理池上浮，有效開(kāi)展抗浮設(shè)計(jì)至關(guān)重要。隨著污水處理廠業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的構(gòu)筑物抗浮方法漸漸難以滿足實(shí)際需要，引入新的抗浮原理和思路開(kāi)展抗浮方案優(yōu)化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。為此，相關(guān)工作人員應(yīng)該著眼于污水處理廠構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計(jì)要求，制定更加妥善、科學(xué)的抗浮設(shè)計(jì)方案。

1、污水處理構(gòu)筑物

所有具備、包含或提供人類(lèi)居住功能的人工建筑物可以被稱(chēng)為構(gòu)筑物，構(gòu)筑物在各種工廠和施工場(chǎng)地當(dāng)中十分常見(jiàn)。在污水處理廠當(dāng)中，用于開(kāi)展污水處理的非居住型建筑物就被稱(chēng)為污水處理構(gòu)筑物。比如，污水處理廠當(dāng)中的格柵、沉淀池、曝氣池、污泥消化池等都屬于污水處理構(gòu)筑物，它們將會(huì)在各個(gè)污水處理單元當(dāng)中發(fā)揮載體作用，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的污水處理奠定基礎(chǔ)。

2、構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

污水處理廠的水池構(gòu)筑大多為埋地式結(jié)構(gòu)，所以水質(zhì)的穩(wěn)定性和安全性深受地下水位的影響，為避免出現(xiàn)水池上浮情況必須對(duì)其進(jìn)行抗浮處理。而隨著抗浮設(shè)計(jì)要求和技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)抗浮設(shè)計(jì)措施已然無(wú)法滿足污水處理廠的實(shí)際需要，引入新的抗浮設(shè)計(jì)方案已經(jīng)是大勢(shì)所趨。

2.1傳統(tǒng)抗浮措施

在以往的污水處理廠抗浮設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)建筑環(huán)境和構(gòu)筑物的形態(tài)來(lái)選擇抗浮措施。在這一工程中，較為常見(jiàn)的抗浮設(shè)計(jì)方案為錨桿抗浮、觀察井抗浮、抗拔樁抗浮、降水抗浮和配重抗浮。

第一，錨桿抗浮。錨桿抗浮是一種最為常見(jiàn)的抗浮方法，錨桿的穩(wěn)固性、安全性和耐久性將會(huì)直接影響抗浮成效。施工前需做好試驗(yàn)工作，而施工過(guò)程中也必須使用專(zhuān)門(mén)機(jī)械，并有效規(guī)避斷桿、鋼筋偏移、灌漿未飽滿和地下水侵蝕等問(wèn)題，在使用環(huán)節(jié)受限頗多。

第二，觀察井抗浮。使用時(shí)需觀察地下水的低水位，從而根據(jù)地下水位高低決定能否排空水池實(shí)現(xiàn)抗浮。此種抗浮方式前期投入較少，經(jīng)濟(jì)性較好，但該方法的檢修和管理工作成本較高，時(shí)間不靈活且操作較為復(fù)雜，如出現(xiàn)管理不當(dāng)非正常排空，將會(huì)引發(fā)抗浮安全事故。

第三，抗拔樁抗浮。應(yīng)用這種抗浮設(shè)計(jì)，必須合理控制抗拔樁之間的距離，和樁端位置，以免造成底板加厚或樁體不穩(wěn)。合理布設(shè)抗拔樁將提升污水處理廠構(gòu)筑物的整體抗浮能力，該方法的應(yīng)用十分廣泛，屬于常規(guī)技術(shù)。

第四，降水抗浮。降水抗浮設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須合理設(shè)計(jì)反濾層，以免出現(xiàn)因反濾層堵塞而引發(fā)的水位難以下降情況。只有保證水位降至底板下，才能避免構(gòu)筑物整體上浮風(fēng)險(xiǎn)。

第五，配重抗浮。這種抗浮方法的原理是基于配重混凝土與底板連接，實(shí)現(xiàn)有效抗浮。在實(shí)踐工作中所需的埋深較大，常出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)成本高和基底壓力大問(wèn)題，甚至容易造成地基變形。

2.2新型設(shè)計(jì)方案

為了有效解決傳統(tǒng)抗浮設(shè)計(jì)的成本、管理、施工問(wèn)題，相關(guān)工作人員可以在開(kāi)展污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，引入壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)。

2.2.1原理

這種抗浮方法的原理十分簡(jiǎn)單，就是基于構(gòu)筑物內(nèi)外液位壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)有效抗浮。污水處理廠的構(gòu)筑物主要是水池，在應(yīng)用壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)時(shí)，可于池底安裝多個(gè)單向定壓抗浮閥，當(dāng)池體排空時(shí)地下水壓力超過(guò)設(shè)定值就會(huì)使抗浮閥自動(dòng)打開(kāi)，則地下水會(huì)進(jìn)入池中平衡壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效抗浮[1]。

2.2.2思路

在進(jìn)行污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)基于地下水位勘探結(jié)果開(kāi)展方案設(shè)計(jì)。為確定定壓抗浮閥的應(yīng)用數(shù)量和布設(shè)位置，必須充分考慮導(dǎo)流墻、伸縮縫、變截面等因素，并且在此基礎(chǔ)上合理布設(shè)盲溝以及觀察井。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要做好地質(zhì)勘查和標(biāo)高、長(zhǎng)度測(cè)定，從而確定反濾層的厚度以及其標(biāo)高。

2.2.3特點(diǎn)

壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)鮮明，可基于不同的地下水位以及水流特性來(lái)靈活開(kāi)展定壓抗浮閥閥芯的設(shè)計(jì)。而且，該技術(shù)的應(yīng)用可彌補(bǔ)傳統(tǒng)抗浮設(shè)計(jì)的成本高、管理難和操作復(fù)雜缺陷，將會(huì)大幅提高構(gòu)筑物的抗浮安全性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性，可為保障構(gòu)筑物穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

3、污水廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)案例分析

3.1工程概況

某城市內(nèi)有河流流經(jīng)，該市的污水處理廠建在河流交界處。廠內(nèi)建立多個(gè)污水處理構(gòu)筑物，多級(jí)A/O除磷脫氮工藝池的結(jié)構(gòu)都屬于鋼筋混凝土構(gòu)筑物。污水處理池的容積為38057m?，埋深為3.5m且地面標(biāo)高為1865.8m（設(shè)計(jì)值）。同時(shí)，在這一污水處理廠建設(shè)區(qū)域內(nèi)存在地下水，高度約為1858.9m。經(jīng)設(shè)計(jì)，將A/O池身尺寸設(shè)定為70m×88.2m×6.49m，抗浮設(shè)計(jì)水位為1.3m（地面下）。

3.2設(shè)計(jì)方案

為做好污水處理廠的構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)，相關(guān)工作人員必須做好抗浮驗(yàn)算、閥門(mén)數(shù)量位置設(shè)計(jì)、濾層和盲溝布置以及土工布和觀測(cè)井布置。

3.2.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)算

設(shè)計(jì)人員應(yīng)在開(kāi)展設(shè)計(jì)前做好信息與數(shù)據(jù)采集工作，并且基于已掌握信息開(kāi)展構(gòu)筑物局部抗浮驗(yàn)算。驗(yàn)算A/O池的局部抗浮數(shù)據(jù)時(shí)，可選用以下公式：

在公式當(dāng)中，Gk與F分別代表單位面積內(nèi)的構(gòu)筑物底板的重力和地下水浮力，單位都為kN/m2;和分別代表鋼筋混凝土容重和地下水比重，單位都為kN/m?;t和HB分別代表池體的底板厚度與地下水高度，單位都為m;和Kf則分別代表可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)與抗浮設(shè)計(jì)系數(shù)，后者的系數(shù)值若超過(guò)1.05則表示抗浮設(shè)計(jì)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2抗浮閥設(shè)計(jì)

為有效確定定壓抗浮閥的使用數(shù)量和布設(shè)位置，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，充分分析定壓抗浮閥的使用性能、導(dǎo)流墻的間距、底板半截面距離以及池內(nèi)的突出井位置等干擾因素[2]。經(jīng)過(guò)實(shí)踐分析，本次案例工程中共需設(shè)計(jì)117個(gè)定壓抗浮閥;且它們與導(dǎo)流墻之間的平行和垂直間距應(yīng)該保持在5.5m-7.5m和6-9m之間。

3.2.3濾層布置

布置碎石濾層時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該就有地質(zhì)勘查報(bào)告來(lái)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。報(bào)告顯示，污水處理廠的地下共4層，自下而上分別為粘土層、粉質(zhì)黏土層和雜填土層。在設(shè)計(jì)碎石濾層時(shí)，相關(guān)工作需確保粉質(zhì)黏土層為構(gòu)筑物基底，能夠在底板下設(shè)置厚度為0.3m的碎石濾層和土工布濾層。

3.2.4盲溝與土工布布設(shè)

設(shè)計(jì)和布置盲溝的目的在于提高地下水疏通質(zhì)效，保障抗浮設(shè)計(jì)科學(xué)性。因此，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)合理調(diào)整盲溝數(shù)量、間距以及尺寸。比如，以18m為間距設(shè)計(jì)長(zhǎng)向盲溝，以19m為間距設(shè)計(jì)短向盲溝，保證所有盲溝的尺寸均為1.5m寬和0.5m深。而在布設(shè)土工布時(shí)，應(yīng)該著眼于黏土土質(zhì)，以避免土粒堵塞反濾層為目標(biāo)布置土工布。比如，在濾層與地基之間布置優(yōu)質(zhì)土工布，規(guī)避土粒的流動(dòng)和堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

3.3設(shè)計(jì)成效

此次設(shè)計(jì)需要應(yīng)用到的主要材料為混凝土、鋼筋、土工布、碎石濾層、定壓抗浮閥和放空閥門(mén)，所需基礎(chǔ)材料約為36萬(wàn)元;若在同等條件下以抗拔樁抗浮設(shè)計(jì)方案施工，則需要使用大量混凝土與鋼筋來(lái)制作樁基、承臺(tái)，施工材料費(fèi)用將達(dá)到498萬(wàn)元。相比之下，基于壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)而開(kāi)展的污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)，可有效減少施工成本[3]。而且，壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)的應(yīng)用，還將減少工作人員的施工壓力和管理難度，能夠大幅提升抗浮設(shè)計(jì)工作質(zhì)效。

結(jié)論：

總而言之，將壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)引入污水處理廠的構(gòu)筑物抗浮設(shè)計(jì)當(dāng)中，能有效解決傳統(tǒng)抗浮方法的成本高、難度大、管理復(fù)雜問(wèn)題，也將會(huì)讓構(gòu)筑物的抗浮效果得到提升。在實(shí)踐工作當(dāng)中，相關(guān)人員必須明確壓差式自動(dòng)安全抗浮系統(tǒng)的應(yīng)用原理和特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際要求做好方案設(shè)計(jì)工作。

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作者簡(jiǎn)介：

謝正（1984-），男，安徽六安人，畢業(yè)于安徽建筑工業(yè)學(xué)院土木工程專(zhuān)業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，工程師，專(zhuān)業(yè)方向：建筑工程。