某大型埋地式污水廠結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

高彥君

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 201210）

某大型埋地式污水廠結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

高彥君

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 201210）

以某埋地式污水廠為例，從基坑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面介紹了埋地式污水廠結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點和難點，并提出其中不足和改進內(nèi)容，可供類似工程借鑒和參考。

埋地式污水廠；集約化；結(jié)構(gòu)布置；抗浮

0 引言

針對現(xiàn)在城市用地愈發(fā)緊張的現(xiàn)狀，在市區(qū)建設(shè)污水廠不可避免要影響環(huán)境。常規(guī)的污水處理廠單體多為分散布置，廠區(qū)占地面積較大，不便于臭氣收集和集中治理。為了使污水廠的建設(shè)減少對環(huán)境的影響，最近幾年陸續(xù)出現(xiàn)了部分埋地或全埋地的污水廠結(jié)構(gòu)。埋地式污水廠具有環(huán)境污染小，噪聲污染小，節(jié)約土地資源等優(yōu)點，既解決了城市的污水處理問題，與周邊環(huán)境也有較好的協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。本文以某埋地式污水廠為例，介紹埋地式污水廠結(jié)構(gòu)的難點和重點。

1 工程概況

該工程為某埋地式污水廠，處理規(guī)模10萬m3/d，按兩層進行集約化布置，下層為水處理結(jié)構(gòu)，上層為操作層。圖1為集約化埋地式污水廠的鳥瞰圖。按照工藝總體布局，該工程生產(chǎn)性建（構(gòu)）筑物采用集約化的整體地下式結(jié)構(gòu)。該整體結(jié)構(gòu)總計有上部箱體1座，其余均為下部構(gòu)筑物，包括：粗格柵及進水泵房1座，細格柵及曝氣沉砂池1座，初沉池2座，生物反應(yīng)池2座，二沉池2座，二次提升泵房1座，高效沉淀池1座2池，反硝化深床濾池1座，紫外線消毒渠1座，鼓風(fēng)機房1座，加藥間1座，乙酸鈉投加間1座，污泥均質(zhì)池1座，污泥濃縮脫水機房1座，初沉污泥泵房1座。

其中，上部箱體為操作層，凈高在5.2 m左右，下層為水處理構(gòu)筑物，池高在3～8.7 m，進水泵房區(qū)域較深，池高12.1 m。

圖1 集約化埋地式污水廠鳥瞰圖

圖2、圖3為集約化構(gòu)筑物下層平面布置圖和主要單體高程圖。

圖2 集約化構(gòu)筑物下層平面圖（單位：mm）

圖3 集約化構(gòu)筑物主要單體高程圖（采用相對標(biāo)高，單位：m）

2 工程地質(zhì)條件

2.1 土層情況

擬建場地污水場站部分原為耕地、苗圃及荒地，場地中部分布有4個較大范圍水塘，現(xiàn)已經(jīng)初步整理，表層植被基本清除，水塘已填平。廠區(qū)地形平緩，場地地面高程16.70～17.20 m，最大高差約為0.50 m。

擬建場地地基巖土分布自上而下依次為：①層雜填土、②1層粉質(zhì)黏土、②3層粉質(zhì)黏土、③層黏土、④層粉質(zhì)黏土夾粉土、⑤層粉土、粉細砂與粉質(zhì)黏土互層、⑥層粉質(zhì)黏土夾粉土、⑦層粉細砂夾粉土、⑧1層強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、⑧2層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

該工程主體結(jié)構(gòu)基本落在③、④、⑤層土，承載力均可，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算，可滿足構(gòu)筑物承載力要求。設(shè)計地面標(biāo)高16.50 m，基本與現(xiàn)狀地坪相同，場地平整工作相對較少。表1為主要土層參數(shù)表。

表1 主要土層參數(shù)表

2.2 水文地質(zhì)

地表水主要分布于配套管線沿線派河及支流河道、水塘內(nèi)，勘探期間實測水深一般0.7 m左右，水量不大。根據(jù)勘察揭示，場地主要有上層滯水、潛水和承壓水。承壓水初見水位約地表下6～8 m，現(xiàn)階段靜止水位在地面下2.5～4.5 m，承壓水頭一般2～3 m，豐水期水位可至地表下1.5～2.0 m，水量豐富。按照詳勘報告所述，抗浮設(shè)防水位取設(shè)計地面以下1.0 m。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

埋地式污水廠有別于一般污水廠的主要特點，在于將生產(chǎn)區(qū)的水處理構(gòu)筑物集中在一起布置，整體考慮，占地面積較小。集中式的特點會造成相鄰分塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計交叉和銜接，需要綜合考慮基坑支護、地基處理、工藝流程布置、結(jié)構(gòu)搭接、施工通道等諸多因素[2]。地下式的布置也會使得水土壓力荷載比一般水處理構(gòu)筑物所受荷載大，對結(jié)構(gòu)方案的合理性無疑提出更高的要求。針對這兩個方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計在前期與工藝專業(yè)進行大量溝通交流的前提下，做了如下工作。

3.1 結(jié)構(gòu)整體設(shè)計及傳力路徑

該工程污水廠按照整體布置的思路，將生反池、二沉池等埋深較大的單體布置在中間位置，兩側(cè)布置反硝化濾池、高效沉淀池、細格柵、初沉池等單體。結(jié)構(gòu)基本上采用中間深、兩邊淺的布置，便于土壓力的平衡。后期基坑開挖，也可以采用兩邊對稱開挖，增加基坑整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)傳力路徑示意如圖4，采用屋面板、頂板、底板3條傳力路徑。

圖4 結(jié)構(gòu)傳力路徑示意圖

3.2 操作層柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)工藝專業(yè)要求，屋面考慮1 m厚覆土用于種植綠化，荷載較大。考慮到結(jié)構(gòu)整體的經(jīng)濟性，上層操作層柱網(wǎng)不宜過大，一般而言跨度在6～8 m較為經(jīng)濟。但是，個別區(qū)域受到工藝條件限制，如脫水機房等區(qū)域，柱網(wǎng)尺寸在9～10 m，局部因吊裝原因考慮屋面抬高。

3.3 池內(nèi)結(jié)構(gòu)布置

設(shè)計水處理區(qū)構(gòu)筑物主要由初沉池、生反池、二沉池組成。由于整體式考慮，二沉池舍棄了常規(guī)的圓形設(shè)計，采用矩形二沉池。初沉池、生反池、二沉池基本占到平面布置的60%～70%以上。上層柱子的布置結(jié)合生反池、二沉池的池壁進行布置，盡量不影響水流條件。整體區(qū)域西側(cè)主要為反硝化深床濾池和高效沉淀池，局部考慮設(shè)備吊裝，屋面設(shè)置為膜加蓋屋面。

東側(cè)主要為脫水機房、粗細格柵、儲泥池，局部考慮吊裝，基本上兩側(cè)結(jié)構(gòu)對稱，局部與工藝專業(yè)進行溝通協(xié)商，做了相應(yīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，對結(jié)構(gòu)整體受力較好。

3.4 結(jié)構(gòu)變形縫設(shè)計

整個單體長218.95 m，寬127.1 m。按照規(guī)范要求，長度方向設(shè)置3條變形縫，寬度方向設(shè)置2條伸縮縫[3]。結(jié)合建筑及工藝要求，選用較為成熟的變形縫做法（見圖5）。底板、池壁采用中埋止水帶結(jié)合外貼止水帶的方式，同時結(jié)合混凝土自防水，形成3道防水體系，可以較好地滿足集約化箱體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)防水要求。

圖5 結(jié)構(gòu)變形縫詳圖（單位：mm）

3.5 結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計

該工程的抗浮水位按照勘察報告要求，取設(shè)計標(biāo)高以下1 m。根據(jù)計算，僅依靠結(jié)構(gòu)自重難以滿足抗浮要求，需增加基礎(chǔ)配重或增加抗浮錨桿。

由于考慮到結(jié)構(gòu)屋頂覆土的作用，對抗浮有一定幫助作用，為節(jié)約工程造價，結(jié)構(gòu)設(shè)計時以使用階段的工況作為控制工況，在抗浮設(shè)計中，考慮自重和屋頂綠化覆土的共同作用，并在設(shè)計圖紙和施工交底中著重強調(diào)，在屋頂覆土完成前不進行基坑的回填。

施工階段的抗浮以施工措施為主，在基坑周邊、坑內(nèi)設(shè)置管井，控制基坑水位。雨季還需做好坑內(nèi)積水的明排工作。

3.6 結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計

水池防腐是需要重點考慮的內(nèi)容。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，污水廠水池在設(shè)計液面位置附近容易腐蝕，在設(shè)計液面位置上下1 m考慮采用彈性聚氨酯防腐涂料，在滿足防腐要求的同時兼顧到經(jīng)濟性。

3.7 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

根據(jù)詳勘報告，該工程所在場地抗震設(shè)防烈度為7度（第一組），設(shè)計基本地震加速度0.10 g，場地類別為Ⅱ類，場地的特征周期取0.35 s。集約化構(gòu)筑物按重點設(shè)防類進行抗震設(shè)計，按照8度（二級）采取抗震構(gòu)造措施。

3.8 基坑設(shè)計

根據(jù)詳勘報告，該工程所在場地地下水位較高，且有承壓水，水量豐富，因此基坑采用淺層放坡，深層鉆孔灌注咬合樁+錨索施工的方式。兩側(cè)埋深較淺的區(qū)域，除進水泵房采用內(nèi)支撐支護開挖外，脫水機房、污泥濃縮池、初沉池、反硝化深床濾池等埋深較淺的區(qū)域，均采用放坡開挖施工；中間二沉池、生反池區(qū)域采用放坡+鉆孔灌注咬合樁+預(yù)應(yīng)力錨索的方式進行支護開挖，基坑中心、周圍均布置管井降水。放坡與支護相結(jié)合，不設(shè)置內(nèi)支撐的方式，使得基坑施工較為快速，有利保障了施工的順利進行。

3.9 待改進內(nèi)容

對于如此大體量、集約化的埋地式結(jié)構(gòu)的設(shè)計，由于經(jīng)驗不足、時間倉促、設(shè)備資料不全等因素，還有不少地方值得商榷和完善。設(shè)計中由于設(shè)備進場較晚，小部分設(shè)備安裝與土建結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，需調(diào)整設(shè)備或修改土建條件才能滿足功能要求。

此外，國內(nèi)對于埋地式污水廠上面的操作層防火分區(qū)劃分，沒有明確的規(guī)范要求，現(xiàn)階段僅依據(jù)民用建筑防火規(guī)范進行布置設(shè)計，容易受到當(dāng)?shù)叵啦块T的質(zhì)疑。設(shè)計前期階段應(yīng)與當(dāng)?shù)氐南啦块T就防火分區(qū)進行深入對接，盡早確定操作層建筑方案的布置，避免后期結(jié)構(gòu)設(shè)計的大量返工。

后期，運營公司進場，進行試水運行，也提出一些建議，如能在前期有所溝通，整個設(shè)計會更精細化，更滿足生產(chǎn)使用的要求。

4 結(jié)語

目前土建施工已經(jīng)完成，設(shè)備安裝已近尾聲，中標(biāo)的水務(wù)公司開始進行調(diào)試運營，結(jié)構(gòu)狀況良好，無沉降或漏水情況出現(xiàn)。

通過該項目的設(shè)計和現(xiàn)場情況分析，總體而言，與傳統(tǒng)污水廠相比較，埋地式污水廠用地少，集約化處理，整體景觀較好，但施工難度較一般分離式的常規(guī)污水廠大，施工時需考慮到相互界面的影響，施工周期較常規(guī)污水廠長，在土地緊張、環(huán)境要求高的城市中有較高的推廣價值。

[1]萬玉生，葉雅麗，王長詳，等.某全地下式污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)問題[J].特種結(jié)構(gòu)，2014，31（2）：34-37.

[2]魏耀紅.某地下式污水處理廠結(jié)構(gòu)方案設(shè)計淺議[J].特種結(jié)構(gòu)，2014，31（2）：47-51.

[3]GB 50069-2002，給水排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[S].

TU99

B

1009-7716（2017）08-0109-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.034

2017-03-29

高彥君（1983-），男，山西朔州人，工程師，工學(xué)碩士，從事市政排水、綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。