有關(guān)污水處理池的抗浮設(shè)計(jì)研究

叢丹丹（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第七設(shè)計(jì)院有限公司 266071）

林永恒（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司 266071）

一、引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源被大量利用，從而也產(chǎn)生了許多污水處理的問(wèn)題。污水處理池設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮水池構(gòu)造物的抗浮措施，抗浮方案選擇的科學(xué)合理，會(huì)對(duì)污水處理池結(jié)構(gòu)受力，以及工程造價(jià)產(chǎn)生較大影響。本文對(duì)有關(guān)污水處理池的抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和探討，不足之處，敬請(qǐng)指正。

二、水池上浮的原因分析

污水處理池發(fā)生水池上浮的原因，無(wú)外乎以下三個(gè)因素：（1）設(shè)計(jì)方面，水池在設(shè)計(jì)時(shí)忽略了水池的抗浮措施，或者是考慮了但是抗浮驗(yàn)算不足，采取的措施不科學(xué)。（2）施工方面，污水處理池在施工過(guò)程中忽略了抗浮措施，排水系統(tǒng)發(fā)生故障，施工后未進(jìn)行填土，或者是水池頂板未進(jìn)行覆土。（3）使用方面，污水處理池在使用過(guò)程中破壞了抗浮措施，或者是水池頂部覆土、排水系統(tǒng)等。

以上水池上浮的原因，必須在水池設(shè)計(jì)、施工以及使用過(guò)程中綜合考慮，根據(jù)工程實(shí)際情況對(duì)抗浮措施進(jìn)行合理選擇，并嚴(yán)格按照施工要求，確?？垢〈胧┠軌虬l(fā)揮作用。

三、抗浮穩(wěn)定性方法

常見(jiàn)的污水處理池有三類，敞開(kāi)式半地下、敞開(kāi)式地下、封閉式地下，污水處理池的穩(wěn)定性要符合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，抗浮標(biāo)準(zhǔn)荷載不能小于1.05倍標(biāo)注浮托力，抗浮標(biāo)準(zhǔn)荷載有三部分組成，包括池體自重、外挑部分及土自重、池頂覆土重量。污水處理池抗浮穩(wěn)定性方法主要有以下幾個(gè)種類：

1.自重抗浮

自重抗浮是指池體本身的自重來(lái)抗浮，這種方法安全可靠，然而自重增大較多時(shí)不經(jīng)濟(jì)。

2.配重抗浮

配重抗浮是指在水池底部位置進(jìn)行填土或者砌體，或者是用塊石混凝土，以此增大水池的重量。

3.錨固抗浮

錨固抗浮分為錨桿抗浮和工程樁抗浮。錨桿抗浮是利用錨桿和基巖的摩擦力，實(shí)現(xiàn)水池抗浮，要求是池底基巖較為堅(jiān)固；如果池底沒(méi)有較厚的基巖，需要利用工程樁才能實(shí)現(xiàn)抗拔力，一般是預(yù)制混凝土樁，施工質(zhì)量容易控制。

4.人工降排水法抗浮

人工降排水法抗浮是利用在池底進(jìn)行一定厚度的砂石濾水層的設(shè)置，并進(jìn)行盲溝和井點(diǎn)降排水系統(tǒng)的設(shè)置，以此促進(jìn)地下水位降低，從而實(shí)現(xiàn)水池抗浮。這種方法具有一定的局限性，僅適合污水處理池埋深比較淺，而且地下水位較低時(shí)才適用。

四、實(shí)例分析

1.工程概況

某市污水處理廠二沉池工程，對(duì)水池抗浮設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇和比較。工程地質(zhì)情況如下，第一層為粉質(zhì)黏土層，fak=160 k PA，厚度為1.2米；第二層為粘土混姜石層，fak=180k Pa，厚度為2米；第三層為黏土層，fak=200k Pa，frb=28k Pa，厚度不下于10米。地下水抗浮設(shè)計(jì)水位是場(chǎng)地設(shè)計(jì)地面下1.4米。

二沉池是內(nèi)徑為42米的圓形錐底水池，水池底面埋深為4米左右，地上部分高度為1.6米，池體自重為27000k N，浮力為39000k N。

2.設(shè)計(jì)方案

針對(duì)二沉池的抗浮設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行壓重抗浮設(shè)計(jì)、打抗拔樁抗浮設(shè)計(jì)以及打土層錨桿抗浮設(shè)計(jì)，并對(duì)抗浮方案進(jìn)行分析和比較。

（1）壓重抗浮

壓重抗浮是結(jié)合了池內(nèi)自重以及水池四周外挑墻址上壓重的方式，在池底進(jìn)行找平處理后，進(jìn)行毛石混凝土的填筑，除此之外在底板外挑墻址處進(jìn)行分層壓實(shí)填土。

本方法經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，得知需要增加工程量，具體詳情如下所示：

池壁增加鋼筋混凝土重G'1=1096k N；

池內(nèi)填筑毛石混凝土重G2=25400k N；

池壁外挑墻址上土重G4=1950k N；

總浮力=53000k N；

總抗浮力G=55 906 k N；

抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算∑G/F'=55906/53000=1.054＞1.05，因此滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）打抗拔樁抗浮

打抗拔樁抗浮是利用D400預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，弧度為95mm，樁長(zhǎng)度為10米，單樁抗拔力設(shè)計(jì)值N1=200k N。

也就是說(shuō)總共需要樁數(shù)為（1.05F-G）=69根，經(jīng)布樁后取72根。

總浮力∑G=G1+72N1=41900kN；

抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算∑G F=41900/39280=1.07＞1.05，因此滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）打土層錨桿抗浮

打土層錨桿抗浮是利用長(zhǎng)度為8米的錨桿，直徑在150mm，錨固體是型號(hào)為M30的水泥砂漿，桿體是采用螺紋鋼筋。

錨桿抗拔力設(shè)計(jì)值

N1=πdfrb/1.3=（28×π×0.15×8）/1.3=81kN；

總共需要錨桿數(shù)量為

（1.05F-G）/81=（39280×1.05-27500）/81=170根；

總抗浮力∑G=G1+170N1=41280kN；

抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算∑G F=41280/39280=1.051＞1.05滿足設(shè)計(jì)要求。

3.抗浮設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

按照有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得知污水處理池的平面尺寸，及其浮力比較大，自重不大，自重和地下水浮力之間共相差30%，因此采用壓重抗浮的方式會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)劇增，不符合工程設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的原則。采用打抗拔樁，或者土層錨桿抗浮的方式比較合適，特別是土層錨桿僅需要增加投資八萬(wàn)元，然而土層錨桿施工法對(duì)施工隊(duì)伍的要求非常高。本工程對(duì)以上設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合考慮，如果選擇土層錨桿抗浮法缺乏一定的工程施工經(jīng)驗(yàn)，因此不予采用。如果采用打抗拔樁，有可能對(duì)整個(gè)工期產(chǎn)生影響。綜上考慮，經(jīng)過(guò)施工工藝的調(diào)整，決定把水池整體抬高半米后，選擇壓重抗浮的方法。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，污水處理池抗浮設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)水池的結(jié)構(gòu)而言，起著至關(guān)重要的作用，不同的抗浮設(shè)計(jì)方案對(duì)于水池的結(jié)構(gòu)受力，以及工程造價(jià)、工程管理以及工期等產(chǎn)生較大的影響。因此，在進(jìn)行水池抗浮設(shè)計(jì)方案的選擇時(shí)，要因地制宜，綜合考慮工程實(shí)際情況，或者是幾種方案相互結(jié)合，確保施工質(zhì)量和工程造價(jià)兼得。

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