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污水处理厂水池结构设计探讨
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　　【摘 要】我国经过长期发展经济建设取得了很大成就，却由于粗放型的发展方式使得环境不断恶化。近年来党和国家提出建设“两型社会”，表现出对环境保护的高度重视。具体到水文方面，国家出台了一系列法律法规引导水资源的可持续发展。由此，正在建设及规划建设的大型污水处理厂也越来越多。作为污水处理厂最为重要的结构设施，水池的结构设计往往对污水处理效果和设备使用年限有着巨大的影响，本文的主要目的是就污水池结构设计的关键技术措施及方法进行分析，以探讨如何保证水池结构设计的安全、合理。 中国论文网 /1/view-4089758.htm　　【关键词】大型污水处理厂；水池结构；设计 　　经济发展至今，我国城市化建设速度空前，与此同时，城市之中的环境污染也愈发严重，而水污染则是众多形式的环境污染中较为困扰公众及城市管理者的一种。如何对污水进行合理的处理，怎样合理开发水资源及如何达到水资源的可持续利用，已经引起了各级政府的广泛关注，从而成为了一项重要议题。事实上全国各地近些年来投建了不少大型污水处理厂，但这些污水处理厂的水池结构常常达不到使用要求，每年不必要的消耗政府大批财政拨款用于维护，不仅造成了金钱上的浪费更使污水处理厂无法满负荷运转，造成了更为宝贵的资源的浪费，究其原因，其中之一是有关厂方对污水污染源的认识不足。本文将以某新建大型污水处理厂的水池结构的设计作为案例，对污水池的防腐、抗渗、抗裂等关键技术进行有偏重的分析。 　　一、污水处理厂水池结构设计特点 　　新建污水处理厂的要求应该包括安全适用、质量可靠、技术先进、经济合理等几个方面，污水池作为其核心结构构筑物，对设计人员来说最重要的任务无疑是对其进行优化设计。污水池结构设计不同于一般水池，除了要进行一般水池需要的裂缝宽度验算、抗裂度计算、强度计算、荷载组合计算等水池结构计算外，还要求将其污染源纳入特别考虑事项，根据具体情况增加诸如防腐设计、抗渗设计、抗压设计、防水设计等要素。尤其是对于带有重金属污染特性的工业园区的污水处理，在防水和防渗性能要求上更为严格，如何避免污水池污水渗漏引发地下水二次污染，延长水池使用寿命，已经成为一项最新的独立课题。 　　二、污水处理厂水池结构设计存在问题 　　1、防渗标准要求不高，抗渗系数严重不足，使用年限达不到设计要求。 　　以钢筋混凝土为主要材料的污水处理厂水池结构，导致很多设计师在结构设计中对混凝土结构的抗压强度片面强调，往往忽略了抗渗问题，而且在实际使用过程中，污水池使用不当，常年接近满水位运行，加之温度和湿度有所差异从而造成内部应力，使其表面产生了严重影响使用的龟裂。 　　2、应对污水池表面材料的施工工艺设计短缺。 　　稳定性及稳固性往往是过去水池结构设计考虑的唯一因素，无疑，这种考虑可以对不均匀沉降带来的裂缝等情形起到预防作用。然而这种考虑在实际应用中还远远不够，实际上水池表面常出现细裂缝，进而腐蚀结构内部，这些都是由于污水腐蚀及渗透等因素造成的，这表明水池表面涂刷材料的施工工艺设计及二级结构防腐措施未被设计方充分加以考虑。 　　三、污水处理厂水池结构设计要点 　　为了有效预防池体裂缝的发生所引起的池体强度的降低，在正常的载荷作用之前，第一要对水池构筑物混凝土预加压力，产生人为的应力状态，由此它所产生的预压应力抵消了由载荷所引起的大部分或全部拉应力，使池体在使用时拉应力显著减少或不出现拉应力。 　　1、应结合当地地质条件进行结构设计和校核验算，以满足国家规范要求。 　　①结构强度的验算：结构强度的验算对任何结构类别和结构形式的水池都是必须进行。设计师必须参考相应的工程地质勘察资料和当地水文地质报告、针对项目本身的荷载条件进行强度验算及校核验算之后方能进行下一步结构设计。对于处于不同岩层结构上的水池更要特别注意，更需要对起地基基础及结构稳定性进一步验算，避免由于地质问题带来的结构问题，造成重复建设及维修困难。 　　②抗裂度或裂缝宽度的验算：抗裂度或裂缝宽度的验算对于采用钢筋混凝土的污水池是十分必要的，而且往往也是控制构件截面尺寸及配筋的决定性因素。抗裂度验算应用于荷载作用下构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态。裂缝宽度的验算应用于在荷载作用下构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态。 　　③抗裂度验算：如果是采用预应力结构的混凝土污水池也应进行抗裂度验算。 　　2、综合考虑荷载及各项荷载组合，不缺不漏，以达到安全要求。 　　各项污水池荷载要素进行综合考虑形成荷载组合，而在进行结构设计时，荷载组合一般会成对出现或者组合出现，因此要进行细项分析，才能确认最终的荷载结构。 　　①基本组合：水压+自重。这是水池结构设计的最基本组合，也是最粗放的设计模式。无论是哪种水池结构都必须达到这一要求。对于一些小型的二次污水处理池及净水池，由于其侧面土压和温度湿度荷载忽略不计，也可以单纯以这一模式进行结构设计。 　　②南方组合：水压+自重+冬季温差。这种荷载组合综合考虑了温差、湿差和水压的共同作用，特别是在北方冬天，这种设计组合往往起控制作用。 　　③应性组合：水压+自重+湿差。这种荷载组合，充分考虑了温差、湿差和水压的共同作用。但是这种荷载考虑在晨暮温差较大的地区，则容易造成水池表面结构龟裂。 　　④埋土组合：土压+自重。这种组合考虑是基于地下式或者半地下式污水池结构设计，这时污水池外有覆土，而且池壁底部低于地下水位时还有地下水压力。由于目前考虑污水厂水池建设的土方回填等应用，一般设计以这种半地下式水池为最优化设计。而这种水池结构组合荷载考虑模式也是最为常见，应用性最强的。这种荷载组合情况没有考虑水池自身的水重，属于水池放空或者闲置状态的荷载。 　　鉴于当地实际情况及荷载组合情况可知，污水池应采用上述这四种组合中最不利的情况求得内力进行结构计算。
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水池结构设计指南
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导读：钢筋混凝土矩形水池作为工程中常见的构筑物。计算模型构造，浅议钢筋混凝土矩形水池设计中的几点问题。
关键词：钢筋混凝土矩形水池，计算模型构造
　　引言：钢筋混凝土矩形水池作为工程中常见的构筑物，已经被广泛的应用于污水处理厂，化工厂等工业建筑内，因此研究其受力性能以应用于工程设计显得尤为重要。论文写作，计算模型构造。钢筋混凝土水池结构主要由顶板、池壁、支柱、壁板等组成。论文写作，计算模型构造。本文对矩形水池设计中常见的几个问题进行探讨，希望能对工程设计人员设计出可靠而经济的钢筋混凝土水池结构有一定的帮助。
　　1 设计水位的确定
　　水池这类占地面积大且内部空旷的构筑物，抗浮稳定的设计计算，显的尤为重要。由于水池上浮所造成的经济损失和弥补费用是相当可观的，《给水排水工程钢筋混凝土水池设计规程》CECS138:2002和《石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范》SH/T中对水池的整体抗浮稳定安全系数取为1.05，根据相关规范的规定一般设计均取用水文资料的最高地下水位。在50年设计基准期内，一般水工构筑物地下水可变荷载作用的取用按照《建筑结构可靠度设计统一标准》GB的原则确定，而不考虑旱遇洪水的偶然作用。但我们在实际的工程中，很多工程地质勘查报告所提到的地下水位并不是从地方水文资料分析得到的，在勘查报告中反映出来的数据往往是勘测期间的数据。如果勘测期间正好处于旱季或者枯水期，那得到的水文仅反映勘测期间的地下水位情况，所提供的地下水位标高将难以被设计取用, 或导致结构计算偏不安全。对于此类不合格的勘查报告，结构设计人员需要与详勘单位沟通，以得到比较权威的水文数据用于工程设计。
　　2 缝的设置
　　《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程(CECS138：.3条规定：伸缩缝的间距，根据水池的结构类别、地基类别和水池的工作条件等划分，一般为20~30米，同时还要根据上游工艺专业的条件的布置做适当调整。缝宽一般为30mm，在实际的工程中，同一剖面上连同基础或底板断开，通常沉降缝、伸缩缝、抗震缝三缝合一。但是在近来所做的工程中，上游专业所要求的水池长度已大大的超过了规范间距, 另一方面随着建筑材料和施工方法的改进, 又为超长水池不设缝或少设缝提供了技术上的支持。设计人员在具体设计时应根据地基、气温等工程情况,考虑是否设缝及相应的施工方法,认真进行计算并采取适当设计措施。论文写作，计算模型构造。对于不能一次完成浇筑的水池底板、壁板，在施工中需留有施工缝，施工缝应设在池壁上，在选择施工缝位置时，应符合温度应力计算所选择的位置，钢筋在施工缝处贯通不断，且施工缝应设置在构件受力较小的部位，在施工过程中要尽量缩短施工缝上、下两段混凝土的浇筑间隙时间。因在施工缝处先后两期分期浇筑的混凝土间的结合要比一次浇筑的混凝土要差，故在施工缝处需加设企口、在断面处采取埋设止水带或者外贴式止水带和表面设槽口嵌入封缝料等措施。
　　3 裂缝的控制
　　根据规范的要求，对于水池结构，根据水池盛水性质(清水、污水)及其使用功能，最大的裂缝宽度一般控制在0.2mm或者0.25mm。在水池设计中对结构强度、裂缝开展宽度、抗裂度等计算和相关的构造措施,一般均能对裂缝宽度得以控制,但是由于温度、变形以及不均匀沉降所引起的开裂, 在工程中却常常遇到。在设计过程中，对温度、混凝土收缩变形等影响因素的欠考虑，导致了裂缝的开展。对于由混凝土收缩和温度差所造成的裂缝, 设计人员应充分考虑到施工中的不利影响。一般来说, 混凝土收缩越大, 裂缝的数量及宽度也越大；温度越高越易开裂, 裂缝的数量及宽度也越大。因此设计人员需要掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，在设计文件中最好能予以体现，同时需要对混凝土的灌注和养护提出相应的设计要求。增大配筋率或减小钢筋直径能增加混凝土的极限拉伸,在结构设计时,在节点应力集中处或大体积混凝土中沿截面均匀配置细、密的构造钢筋或钢筋网片,可提高构件的抗裂能力。采用合理的结构布置和围护措施，在水池内外表面抹防水砂浆面层，以减小温湿度对结构的影响，并加强整体刚度及保温防寒。
　　4 水池底板计算模型的选择
　　第一种计算模型为在地基反力的作用下，池底视作简支在池壁上，池壁间距对池底反力分布有影响。论文写作，计算模型构造。当池壁间距较小时，两相邻的池壁刚性角重叠，变形和反力不均匀分布可以忽略，而当池壁间距增大，这样的不均匀分布愈加明显。前者的计算可以采用静力平衡的方法或者考虑池底与地基相互作用的内力分析来计算水池底板的内力，考虑地基反力是按照线性分布的，只要求满足静力平衡的条件，忽略变形协调条件，对于池壁间距较小，容积较小的情况，这样的假定是合适的;第二种计算模型为假设把地基模拟为刚性底座上的一系列弹簧, 当地基表面某一点受压时,仅在此点处产生局部沉陷,这种假设称为文克尔假设,文克尔地基模式是目前较为实用的水池-地基共同作用的主要模拟方法之一，其假定地基单位面积上所受的压力p与地基竖向位移y成正比，这种模型主要是以模拟天然地基土在荷载作用下实际应力-应变关系从而得到比较准确地解决变形协调关系，得到接近于实际的反力分布和变形规律。按文克尔假设计算地基梁时, 可以考虑底板梁本身的实际弹性变形,消除了反力直线分布假设时的缺陷,但其本身的缺点是没有反映地基的变形连续性,当地基表面在某一点承受压力时,不仅该点局部产生沉陷, 在其临近区域也会产生沉陷,由于没有考虑地基的连续性,文克尔假设仍没有全面反映地基梁的实际受力情况；第三种计算模型是假设把地基看做是一个均质、连续、弹性的半无限体，既反映了地基的连续整体性，又从几何、物理上对地基进行了简化，将弹性力学中有关半无限体的概念引入水池底板的计算中。这种方法适合电算。能更好的模拟地基与水池底板的协同变形。以上所述的三种计算方法仅针对浅基础水池。设计人员在设计水池底板时应酌情选择计算模式，而不是简单选择第一种线性假定，导致计算结果与实际情况悬殊较大。
　　5 关于水池的构造
　　5.1池壁和底板的钢筋宜选用小直径的钢筋和较密的间距，其目的是更好的满足裂缝宽度的要求。论文写作，计算模型构造。但为了方便施工，钢筋的间距不宜小于100mm。论文写作，计算模型构造。
　　5.2因池壁和池壁，池壁和底板之间是采用的刚性连接，为了避免在此处形成应力集中，抵抗角隅弯矩，增强连接处的抗裂性，在连接处宜设加腋角，加腋角内需配10@200的加腋钢筋，并锚入两侧混凝土内。
　　5.3注意与水池相连的管道应做成柔性连接，在水池的池壁上留有套管，套管与接入管道间的空隙内填入柔性材料。必要的时候还可以做成U型管道连接，以保证水池的正常沉降不会导致管道的破损。
　　5.4注意宜在水池的四周设置散水，以防雨水等的渗入地下导致地基的不均匀沉降。
　　结语：
　　在水池的设计中，只有拥有完备而准确的设计条件，选择正确的结构型式，建立合理的符合实际情况的结构模型，采取合理的构造措施，才能做出经济可靠的设计。
[1]《给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水结构设计手册(第二版)北京：(第二版)[M].中国建筑工业出版社.
[2]国家标准混凝土结构设计规范.GB.
[3]国家标准给水排水工程构筑物结构设计规范.
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