污水處理廠百樂(lè)克池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐

【摘要】某污水處理廠選用百樂(lè)克（BIOLAK）生物除磷脫氮工藝，百樂(lè)克生化反應(yīng)池為該污水處理廠生物處理的核心單元。百樂(lè)克工藝所采用的土池結(jié)構(gòu)，使其工程造價(jià)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)相比節(jié)約近一半。池體設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行地基處理，針對(duì)不同部位采取不同的工程措施以應(yīng)對(duì)運(yùn)行期間地基沉降變形較大的不利因素，滿足使用要求。同時(shí)靈活運(yùn)用BIM技術(shù)輔助提高出圖效率。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠；百樂(lè)克；地基處理；HDPE；BIM

1、工程概況

某污水處理廠位于連云港地區(qū)，占地面積約8公頃，該污水處理廠近期規(guī)模4.8萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模10萬(wàn)m3/d。經(jīng)過(guò)對(duì)污水生物除磷脫氮基本原理的詳細(xì)系統(tǒng)分析，并針對(duì)污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)和污染物的性質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)幾種待選工藝進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選，最終推薦選用百樂(lè)克（BIOLAK）生物除磷脫氮工藝。

百樂(lè)克工藝即在天然湖體或水塘內(nèi)采用生物處理方法處理污水，其主要機(jī)理為傳統(tǒng)活性污泥法延時(shí)曝氣理論的多級(jí)A/0工藝。廣義多級(jí)A/0工藝的實(shí)現(xiàn)主要依靠懸浮式移動(dòng)曝氣器的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)曝氣鏈的啟閉來(lái)完成。百樂(lè)克工藝處理流程如下：污水經(jīng)粗格柵除去粗大雜物后，經(jīng)進(jìn)水泵房進(jìn)入細(xì)格柵間，然后進(jìn)入百樂(lè)克生化反應(yīng)池中，處理后的尾水經(jīng)紫外線消毒后排入周邊河道。剩余部分污泥進(jìn)入百樂(lè)克池繼續(xù)循環(huán)處理，另一部分污泥則經(jīng)污泥泵房排入污泥池然后送至脫水機(jī)房，經(jīng)帶式脫水機(jī)脫水后外運(yùn)。下面主要介紹百樂(lè)克生化反應(yīng)池體的設(shè)計(jì)。

2、百樂(lè)克（BIOLAK）生化反應(yīng)池體設(shè)計(jì)

2.1 百樂(lè)克生化反應(yīng)池概述

百樂(lè)克池為該污水處理廠生物處理的核心單元，在一期設(shè)計(jì)布置中，考慮了一座反應(yīng)池，共分兩組，處理水量4.8m3/d，遠(yuǎn)期增加一座。整個(gè)池體從進(jìn)水端開(kāi)始分為四個(gè)區(qū)域，分別為①生化除磷區(qū)（厭氧區(qū)）、②活性污泥區(qū)、③澄清區(qū)、④后曝氣區(qū)。

2.2 百樂(lè)克生化反應(yīng)池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 地基處理設(shè)計(jì)

本工程場(chǎng)地為高壓縮性土，應(yīng)進(jìn)行地基處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果綜合考慮百樂(lè)克池采用粉體噴攪法進(jìn)行地基處理，按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。

粉體噴攪法樁樁徑為D=500，共7258根，施工時(shí)除應(yīng)控制樁身長(zhǎng)度外還應(yīng)控制樁身進(jìn)入持力層的長(zhǎng)度，樁端以3層粉質(zhì)粘土為持力層，樁端進(jìn)入持力層不應(yīng)小于700mm。復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力特征值為fspk=95kPa。淤泥層中粉噴樁復(fù)合土層的壓縮模量Esp=32MPa，施工前必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合。

本單體平面尺寸較大，土層分布不均勻，如遇土層異常情況還應(yīng)采取措施及時(shí)處理。同時(shí)打樁順序應(yīng)合理制定并綜合考慮施工工期、土層情況、施工流程及樁長(zhǎng)等因素。

2.2.2 百樂(lè)克生化反應(yīng)池主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.2.1 池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

百樂(lè)克池平面尺寸145.8m×103.1m水深約5m，設(shè)計(jì)內(nèi)底標(biāo)高為1.7m。設(shè)計(jì)室外地面高程為4.3m。百樂(lè)克池邊緣高于設(shè)計(jì)地面，應(yīng)筑壩檔水。考慮本工程所在地區(qū)缺乏土方，而石料資源相對(duì)比較豐富，因此本工程百樂(lè)克池采用周邊砌筑漿砌塊石重力式擋墻的結(jié)構(gòu)形式。百樂(lè)克池不設(shè)底板，只需在池內(nèi)地面鋪設(shè)高密度聚乙烯HDPE復(fù)合土工膜防滲。防止池內(nèi)污水滲出。土工膜厚度不小于1.5mm。土工膜下拋石后回填300mm厚粘土，以方便土工膜敷設(shè)。土工膜在水面以上與塊石擋墻錨固。百樂(lè)池內(nèi)設(shè)有中隔墻，把百樂(lè)克池分為左右兩部分，分隔墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)局部還設(shè)有鋼筋混凝土沉淀池。設(shè)計(jì)在百樂(lè)克池中間隔墻及沉淀池壁板距底板900mm處設(shè)有水位平衡孔，以保證各區(qū)格水位基本平衡。同時(shí)池內(nèi)進(jìn)水前應(yīng)保證漿砌塊石墻后回填土施工完畢，并通過(guò)驗(yàn)收。池體上部曝氣鏈預(yù)埋件允許最大拉力為2.5kN。中隔墻的兩側(cè)曝氣鏈應(yīng)對(duì)應(yīng)布置、同時(shí)受力。施工、運(yùn)行及檢修過(guò)程中不得發(fā)生單邊安裝曝氣鏈的工況。

本工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)地下水位高于池底標(biāo)高，應(yīng)考慮地下水浮力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。周邊擋土墻自重較大，完全可以保證自身的抗浮穩(wěn)定。而土工膜自重很輕，自身難以抵抗地下水壓力，因此，百樂(lè)克池施工期應(yīng)考慮一定的降水措施，而在使用期除不可抗力因素外，百樂(lè)克池內(nèi)污水水面永遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)地面，檢修期也不必降低水位，因此土工膜可以靠其上水重保持穩(wěn)定，因而設(shè)計(jì)膜內(nèi)不需另設(shè)壓重。

2.2.2.2 池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題

本工程地基土質(zhì)較差，設(shè)計(jì)地面高于原有地面，工程建成以后地基沉降變形較大。本設(shè)計(jì)針對(duì)不同部位采取不同的工程措施，以滿足使用要求。在百樂(lè)克池周邊天然地基承載力難以滿足擋墻的要求，因此須對(duì)其進(jìn)行處理。而池底土工膜具有一定的使用變形能力，設(shè)計(jì)考慮采用工藝設(shè)備預(yù)留調(diào)節(jié)余量的方法適應(yīng)地基變形，因而允許地基發(fā)生一定變形，可以適當(dāng)減免對(duì)膜下池底的地基處理。

運(yùn)行單位及設(shè)備廠家應(yīng)采取必要的保證措施確保運(yùn)行過(guò)程滿足設(shè)計(jì)水位要求，同時(shí)，百樂(lè)克池面積較大，其中部與邊緣存在一定的沉降差，相關(guān)設(shè)備應(yīng)有一定的適應(yīng)能力，能確保正常運(yùn)行。

2.2.2.3 運(yùn)用BIM技術(shù)提高設(shè)計(jì)效率

該池體結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)出圖過(guò)程一般分為模板圖和配筋圖兩大步驟，因?yàn)樵摮伢w尺度較大，各配套專業(yè)間協(xié)作工作量大，導(dǎo)致最終施工圖繪制的難度加大，為此在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)際運(yùn)用了BIM技術(shù)來(lái)有效提高設(shè)計(jì)效率。當(dāng)下三維建筑信息化模型設(shè)計(jì)（BIM）常用的主要設(shè)計(jì)軟件有以下幾種：Revit，MicroStation，ArchiCAD，Rhino，Sketchup，CATIA， PKPM、魯班軟件等。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇Sketchup作為該項(xiàng)目BIM輔助設(shè)計(jì)的主力軟件。Sketchup是一套直接面向設(shè)計(jì)方案三維信息化創(chuàng)作過(guò)程的設(shè)計(jì)工具，其創(chuàng)作過(guò)程不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想而且完全滿足與客戶即時(shí)交流的需要，它使得設(shè)計(jì)師可以直接并快速的在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑信息模型設(shè)計(jì)創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。我們先把工藝等專業(yè)的條件圖轉(zhuǎn)變?yōu)樗そY(jié)構(gòu)專業(yè)的初步模板圖，經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算后調(diào)整初步模板圖，然后利用Sketchup軟件直觀的可視化設(shè)計(jì)界面將調(diào)整后的池體構(gòu)筑物初步模板圖通過(guò)Sketchup軟件進(jìn)行三維實(shí)體模型放樣建模，該軟件可以快速有效的勾繪出池體構(gòu)筑物節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，可以高效的輔助CAD最終2D版本施工模板圖的繪制，然后加快結(jié)構(gòu)配筋圖的出圖效率，減少設(shè)計(jì)誤差。同時(shí)Sketchup軟件所做的信息化模型也可以作為綜合碰撞檢查的有力工具同步輔助指導(dǎo)其他配套設(shè)計(jì)專業(yè)相互檢查，從而可以直觀盡早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以及時(shí)調(diào)整。

結(jié)語(yǔ)：

百樂(lè)克生化反應(yīng)池活性污泥區(qū)采用半地下式漿砌塊石護(hù)底護(hù)坡/HDPE土工膜結(jié)構(gòu)，使用壽命長(zhǎng)于混凝土結(jié)構(gòu)（70～100年），且工程造價(jià)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)相比節(jié)約近一半。綜合來(lái)看，百樂(lè)克工藝采用的土池結(jié)構(gòu)，使得其土建費(fèi)用僅占整個(gè)工程造價(jià)的20%左右，遠(yuǎn)低于國(guó)家環(huán)保局在《工業(yè)廢水處理設(shè)施的調(diào)查與研究》中提出“54%用于土建工程設(shè)施”的要求，并且國(guó)產(chǎn)HDPE土工膜主要性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，且價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品的1/2～1/3。若百樂(lè)克控制系統(tǒng)的主要設(shè)備今后國(guó)產(chǎn)化將會(huì)大大提高百樂(lè)克工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069—2002）

[2]《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS138：2002）

[3]《混凝土水池軟弱地基處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（CECS86：96）

[4]《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）》北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

[5]《BIM建筑設(shè)計(jì)實(shí)例》北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

[6]《SketchUp用戶指南官方教程》上海：上海曼恒信息技術(shù)有限公司，2007