全埋式地下污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

陳濤

【摘要】安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效提高地下污水廠的功能性、安全性、穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)污水處理廠結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】全埋式地下污水處理廠;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)

全埋式地下污水處理廠已經(jīng)成為當(dāng)前污水處理廠的發(fā)展趨勢(shì)，具有節(jié)約土地資源，防止周邊土地貶值等優(yōu)點(diǎn)，這種污水處理廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在確保各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)之上，主要從下面幾個(gè)方面保障大型全埋式地下污水處理廠整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

1、埋置深度

在整個(gè)污水處理廠中，全埋式污水處理廠工程土建部分的造價(jià)接近總投資的一半，這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于地面式污水處理廠的造價(jià)。因此，相應(yīng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視地下式污水處理廠整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。其中埋置深度是在眾多影響污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程造價(jià)因素中較為重要的影響因素之一，它直接關(guān)系著土方開挖、施工降水、基坑支護(hù)、抗浮設(shè)計(jì)等工程造價(jià)的高低。所以在滿足工藝條件的前提下，應(yīng)對(duì)工程造價(jià)多方面的影響因素展開相應(yīng)分析，根據(jù)工程狀況建立相應(yīng)的埋置深度工程造價(jià)的非線性方程，對(duì)目標(biāo)方程進(jìn)行解析，為能夠選取更加經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確的埋置深度奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

全埋式地下污水處理廠主體結(jié)構(gòu)分兩層，地下一層為操作層，主要是工作人員的運(yùn)營(yíng)管理空間及設(shè)備用房，該層層高一般為6m左右;地下二層為水池層，整個(gè)工藝流程所有水池結(jié)構(gòu)均在地下二層，該層的平均層高約8m，再加上頂板覆土厚度，基坑平均開挖深度約16m，屬于深基坑，根據(jù)大量基坑工程的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，工程上常用的支護(hù)體系按其工作機(jī)理和圍護(hù)墻的形式可分為以下幾類：

2.1 SMW工法樁

SMW工法樁首先采用三軸水泥土攪拌樁機(jī)對(duì)地層進(jìn)行加固，同時(shí)在地層內(nèi)形成一道類似于咬合排樁的水泥土墻，在水泥土中的水泥尚未凝固前，插入型鋼，形成由攪拌樁止水、型鋼承受側(cè)向水土壓力的組合結(jié)構(gòu)。型鋼插入以前在其四周涂刷減摩劑，在基坑開挖結(jié)束、主體結(jié)構(gòu)施工完成以后，用千斤頂將型鋼拔出重復(fù)利用。SMW工法樁不僅止水，也能擋土，對(duì)挖深相對(duì)較淺的基坑具有較好的經(jīng)濟(jì)型。但SMW工法樁的缺點(diǎn)是剛度較低，對(duì)周邊土層變形控制能力相對(duì)較差，對(duì)開挖較深且寬度較寬的基坑不宜采用。

2.2地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐

地下連續(xù)墻具有剛度大、變形小、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在深大基坑中應(yīng)用較多。實(shí)踐表明，地下連續(xù)墻方案具有較高的止水性，同時(shí)也具有更高、更好的整體性，如今我國(guó)在建設(shè)地下式污水處理廠的時(shí)候，常常將基坑支護(hù)技術(shù)和永久性池體相結(jié)合，但是在這種結(jié)合之下依舊有很多技術(shù)性的問(wèn)題存在，還需要相應(yīng)的工作人員不斷的研究與分析，從而解決相應(yīng)的問(wèn)題。例如：應(yīng)用池體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地連墻的連接方式等。眾所周知，污水廠具有較多的施工工序，同時(shí)施工周期也比較長(zhǎng)，基坑支護(hù)應(yīng)用內(nèi)支撐技術(shù)會(huì)給施工帶來(lái)影響。

2.3三軸攪拌樁+鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索

三軸攪拌樁能起到很好的止水作用，鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索能起到控制基坑變形的作用，此支護(hù)形式相比內(nèi)支撐具有較多的優(yōu)點(diǎn)：便于基坑土方開挖和污水廠地下箱體施工;用拉錨代替鋼支撐或混凝土支撐，可大量節(jié)省材料，在工期和經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢(shì);拉錨的設(shè)計(jì)拉力可由抗拔試驗(yàn)來(lái)獲得，因此保證了設(shè)計(jì)的安全度，所以此方案具有廣泛的適用性。但對(duì)于有較深厚的淤泥質(zhì)等軟土適用性差，因?yàn)橛倌鄬虞^厚不能夠提供可靠、穩(wěn)定、較大的錨拉力。同時(shí)緊鄰基坑四周若有樁基礎(chǔ)的建筑物，錨索施工會(huì)對(duì)周邊建筑物基礎(chǔ)造成影響，因此遇到上述兩種情況需慎重考慮。

3、主體設(shè)計(jì)分析

3.1抗浮設(shè)計(jì)

一般池體的抗浮設(shè)計(jì)方案主要有增加頂板覆土重量、底板配重、抗拔樁和抗浮錨桿等設(shè)計(jì)方案。增加頂板覆土重量一般要和頂部綠化景觀相結(jié)合，通過(guò)增加壓重來(lái)抗浮;底板配重適用于池體所受浮力不大，通過(guò)在底板配以適當(dāng)厚度的素混凝土來(lái)增大抗浮力;抗浮錨桿適用于基底以下有埋深較淺且強(qiáng)度較高的巖層;抗拔樁的適用范圍較廣，但也要根據(jù)地質(zhì)情況，從經(jīng)濟(jì)角度考慮合理選用。設(shè)計(jì)人員對(duì)于具體工程應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可實(shí)施性等多方面因素考慮，最終選用合適的抗浮設(shè)計(jì)方案。

3.2結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置

全埋式地下污水處理廠頂部一般是市政公園，頂板的覆土厚度不低于1.5m，致使頂板的荷載較大，同時(shí)根據(jù)工藝條件及工藝設(shè)備運(yùn)行的要求，其中某些區(qū)域（如二沉池區(qū)域）池體區(qū)格內(nèi)不能設(shè)置結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的跨度較大。同時(shí)為了降低污水廠的層高，控制埋深，對(duì)結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件及水平構(gòu)件截面尺寸的控制提出了更高的要求。針對(duì)污水廠頂板荷載較大的情況，為了控制好結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，下面以寧波某日處理量15萬(wàn)噸的全埋式污水廠為例，該污水廠箱體平面尺寸為320m×118m，該箱體除二沉池及高效沉淀池區(qū)域外，盡量把結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)控制7米左右，讓水平構(gòu)件截面尺寸得到控制來(lái)滿足其它專業(yè)對(duì)建筑內(nèi)部?jī)舾叩囊?。在二沉池區(qū)域，由于工藝需要沿一個(gè)方向的柱跨度達(dá)到13m，所以在另一個(gè)方向的柱網(wǎng)間距可以適當(dāng)減少至5m，同時(shí)此區(qū)域的污水廠頂板次梁采取沿長(zhǎng)跨方向較小間距單向布置的方式，可以降低梁高，以達(dá)到建筑內(nèi)部所需的凈高。

3.3超長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，現(xiàn)澆混凝土構(gòu)筑物伸縮縫最大間距為30m，而大型全埋地下式污水處理廠主體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)和寬一般都有數(shù)百米，為滿足污水處理構(gòu)筑物的工藝要求，減少水處理構(gòu)筑物的滲漏隱患，需要適當(dāng)放寬伸縮縫的間距，盡量減少伸縮縫的數(shù)量。一般可以采取以下措施：設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的后澆帶或加強(qiáng)帶;采用收縮小的水泥、減小水泥用量、在混凝土中加入適宜的外加劑（如微膨脹混凝土外加劑）等;提高樓板的構(gòu)造配筋率或采用部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

結(jié)語(yǔ)：

總之，在全埋式地下污水處理廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以有效提高污水廠的功能性、安全性、穩(wěn)定性，還可以充分的滿足人們的審美要求。所以，作為新時(shí)代的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，在設(shè)計(jì)工作開展過(guò)程中要不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)污水處理廠結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)。

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