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摘要：随着我国城市的快速发展，污水处理厂已经成为了城市节能减排、环境保护与治理的重要措施。在污水厂水池的设计及施工中，经常出现一些问题，笔者针对这些相关问题进行了分析。
关键词：污水厂；水池设计；施工问题
1合理确定地下水位
全埋式地下污水处理厂大型水池的设计和地下水位的高度具有十分紧密的联系，许多工程因为没有合理确定地下水位，而做出了不正确的结构选型，从而出现事故，例如抗浮力不够等。应该关注的是，对于根据一些工程地质勘察报告而得到的地下水位，设计人员必须完善和补充，对当地进行考察，查看是否有暴雨和台风的影响，是否容易发生由于不能及时排除地表水而造成地下水位升高的情况。土建设计人员应该充分了解地下水位和地质情况，与水工艺设计人员进行沟通和交流，共同确定出水池的基底标高，对于工艺流程要求、土建造价、运营成本、投产年限等各种因素进行全方位考虑，合理制定方案。例如，当地下水位过高或者地质剖面出现了流沙层时，应该将水池的基底标高适当提高，尽量减少浮力对结构的影响，并且避开流沙层。
2合理设置伸缩缝和后浇带
2．1合理设置伸缩缝
按照相关标准的要求，对于污水厂大型水池，最大伸缩缝的问距一般在20～30m。最近几年，水池长度已经超出了范围，且随着建筑材料和施工方法的完善和改进，提高了超长水池不设缝和少设缝的几率，设计人员应该根据地基、气温等实际情况综合考虑。分析出现裂缝的工程实例可以发现，必须综合考虑温度、混凝土收缩变形等多种原因，才能有效防止水池裂缝的出现。笔者认为应该关注以下两个方面：
①通常情况下，温差和混凝土的收缩是影响裂缝的主要原因，温度越高就会越容易出现裂缝，裂缝的数量也会越多，裂缝的宽度也越宽；混凝土收缩程度越大，则裂缝的数量及宽度也越大。因此，设计人员应该从设计与施工两个角度做好裂缝的控制。
从设计的角度，增加配筋率或者减小钢筋直径，通过在节点应力集中的位置或者在大体积混凝土中沿截面进行细、密的构造钢筋或钢筋网片的均匀配置，能够使构件的抗裂能力得到提高。从施工的角度，应合理制定工程进度计划，过度追求进度是不合适的。可以通过在混凝土中掺加缓凝剂和减水剂使水灰比降低。将粉煤灰的用量适当增加，减少水泥用量。将混凝土振实成型之后，必须及时进行覆盖，做好养护工作，尤其在夏季和大风天气，应该尽量延长浇水养护时问。
②做好伸缩缝间距的计算。从设计角度考虑，为了保证施工的连续性，同时使施工难度减小，应该考虑采用无缝设计。在设计过程中，应该做好相关资料的详细收集工作，根据地基的硬度和温差的大小，合理确定伸缩缝的间距。应该了解施工阶段的最不利温差和混凝土收缩产生的当量温差，保证由于综合温差对混凝土产生的拉应力与混凝上相应龄期的极限抗拉强度的比值能够与安全要求相适应，同时根据这个条件合理确定伸缩缝间距。
2．2合理设置后浇带
对于污水厂大型水池的设计，可以选择后浇带施工方法，以减小混凝土收缩时所出现的当量温差和不利温差，进而增大伸缩缝的允许间距。设置后浇带的间距时，必须能够使温度收缩应力得到有效降低，同时也要保证与施工缝的结合。在正常的施工条件下，后浇带的间距为20～30m。后浇带的保留时间不能短于40d，比较合适的时间是60d。
3工程概况分析
目前在我国全地下式污水处理厂具有较好的应用前景，其原因在于该种形式的污水处理厂具有较小程度的环境污染，噪音也比较小。与此同时，这种形式的污水处理厂还能够在一定程度上节省我国的土地资源等等，这些方面的优点使得该种形式的污水处理厂地位不断提升。
某地区的污水处理厂在1期工程中，应用了全地下式钢筋混凝土结构进行设计，该污水处理厂的设计规模大约在180000m3/d，厂区在该城市的高新区，占地面积在63500m2，平面布局的形式为组团式的平面布局，并且平面布置较为紧凑，地上风景园林，地下为池体，主体结构分为首层、负1层及负2层，竖向空间功能自上而下依次为地面景观层、操作层及设备层。如图1所示，该图为污水处理厂地下负2层的平面布置图，从图中可以看出该污水处理厂结构复杂性所在。
图1污水处理厂地下负2层平面布置图
该污水处理厂主体结构中的地下箱体采用钢筋混凝土结构，基础采用平板式筏板基，同时也是水池底板，它的平面尺寸大约为104mX107m，主体结构的设计高度在14.7m。设计中预估基底附加平均压力在150~200kPa。
4污水处理厂主体结构的埋置深度与基坑支护设计分析
4.1埋置深度
在整个污水处理厂中，地下式污水处理厂工程土建部分的造价达到了总投资的一半以上，这要远远的高于地上式污水处理厂的造价。因此，相应设计人员应该重视地下式污水处理厂整体结构设计方案，以优化设计为基础达到节省土建投资的目的，这在整体污水处理厂结构设计工作中占据着非常重要的位置。影响污水处理厂结构设计的工程造价有较多方面的因素，在众多影响因素中最为重要的影响因素是污水处理厂的埋置深度。本工程设计中，对工程造价多方面的影响因素展开相应分析，根据工程状况建立相应的埋置深度工程造价的非线性目标方程，对目标方程进行解析，为能够选取更加经济、更加准确的埋置深度奠定坚实的基础。在对解析结果分析后，埋置深度增加到13米以上的时候，主体土建投资便已经达到了2亿以上，如果埋深增加或者减少，那么主体土建投资依旧会有所上升，这样一来与原本的减少投资的目的便背道而驰，与实际规定不符合。
4.2基坑支护设计
本文所提工程的基坑开挖深度约为16m，因此适合的深基坑支护方案主要有：桩+内支撑、桩锚支护以及地下连续墙等。以下为几个常见的比选方案。第一，地下连续墙支护技术与预应力抗拉锚索支护结合；第二，灌注桩技术与高压旋喷桩止水帷幕技术以及锚杆喷射混凝土结合的复合支护设计方案；第三，钢筋混凝土钻孔灌注桩技术结合三轴水泥搅拌桩止水帷幕技术加之预应力抗拉锚索支护技术。
在地下连续墙支护设计方案中，需要将连续墙作为重要的部分，如果不能把连续墙作为永久结构的重要部分，就会增加临时支护的成本投入，无法实现节省成本的目的。实践表明，地下连续墙方案具有较高的止水性，同时也具有更高、更好的整体性，可如今我国在建设地下式污水处理厂的时候，常常将基坑支护技术和永久性池体结合，但是在这种结合之下依旧有很多技术性的问题存在，还需要相应的工作人员不断的研究与分析，从而解决相应的问题。
5主体结构设计分析。
5.1抗浮设计
一般池体的抗浮设计方案主要有底板配重、抗拔桩和抗浮锚杆等设计方案。底板配重适用于池体所受浮力不大，通过在底板配以适当厚度的素混凝土来增大抗浮力；抗浮锚杆适用于基底以下有埋深较浅且强度较高的岩层；抗拔桩的适用范围较广，但也要根据地质情况，从经济角度考虑合理选用。对于本文所提工程，通过现场多方案试验，综合经济性、安全性、抗腐蚀性以及可实施性等多方面因素，最终可选用钻孔灌注桩（抗拔桩）作为抗浮设计方案。
5.2楼盖结构选型
楼盖结构一般可分为主梁大板结构、主次梁结构和无梁楼盖。选型时应充分发挥梁、板作用，使其整体受力状态及配筋率处在相对合理范围之内。
首层一般为景观层，其底板（负1层顶板）以上有一定厚度的土层，承受较大的荷载，且设备专业会在楼板底敷设一定数量的风管与设备管线，楼板宜少布置梁，因此首层采用主梁大板结构，不仅能够将楼板较厚与高强度等特点充分的体现出来，还能够有效的避免由于楼板荷载过大导致主梁配筋率的增加，且能更好的满足其他专业的要求。负1层主要为操作层，楼面荷载不大，且设置了大量的检修孔，洞口边就需要进行加固或布置次梁，所以负1层底板主要采用主次梁结构形式。需要注意的是，次梁布置应使主梁在两个方向的最大弯矩值接近，且在布置次梁间距时，应尽量满足单向板最小配筋原则。
负2层为设备层，该层进行水处理，其底板既是水池底板，又是主体结构的筏板基础，因此需满足抗浮、抗冲切、抗渗、裂缝宽度限值等要求，以及作为侧壁的固定支座所需的刚度要求，这样就需要底板具有一定的厚度，所以，负2层底板采用无梁楼盖，即平板式筏板基础较为适宜。
5.3主体结构的内力计算与分析
主体结构内力分析方法主要有两种：一是采用经典力学分别对底板及池壁进行简化计算分析。底板可采用弹性地基梁板法计算筏板内力，也可以采用倒梁楼盖法进行计算，具体设计时可结合两者计算结果配筋；外墙池壁可按连续板进行计算，各层楼板作为支座，其中顶板及中板按铰支座、底板按固定支座考虑，水平荷载则可水土分算。此种方法的优点是计算分析时间较短，缺点是计算结果精度相对较低。
二是通过建立空间整体计算模型，采用有限元单元法对箱体结构进行空间整体分析。此种方法可借助有限元软件，通过对计算模型的合理划分单元，能够获得比较精确的计算结果，且可以根据内力包络图进行构件的变截面设计，依据构件内力分布进行配筋设计。此种方法与第一种设计方法相比配筋更为经济合理，但计算分析时间较长。
5.4超长钢筋混凝土结构设计
根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》规定，地下式现浇混凝土构筑物伸缩缝最大间距为30m，而大型全地下式污水处理厂主体结构的长宽一般都大大超过30m，为满足污水处理构筑物的工艺要求，减少水处理构筑物的渗漏隐患，需要适当放宽伸缩缝的间距，尽量减少伸缩缝的数量。一般可以采取以下措施：设置适当数量的后浇带或加强带；采用收缩小的水泥、减小水泥用量、在混凝土中加入适宜的外加剂（如微膨胀混凝土外加剂）；提高楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。本文所提工程采用了设置适当数量的加强带以及在混凝土中加入外加剂等措施，伸缩缝数量减少了一半以上。
6施工问题及防治措施
水池池壁裂缝产生裂缝的原因主要包括：（1）当混凝土强度较高时，水泥温度就会迅速降低，若受到干缩影响，将会造成水池的池壁出现收缩变形，从而产生池壁裂缝。（2）考虑到池壁将会受到底板的约束，因此不能进行自由伸缩。在混凝土浇筑时，若出现气温升高现象，在水泥的水化热作用下，混凝土内部温度也会随之升高。当混凝土池壁边缘的约束不符合要求，或者出现收缩变形时，内部的拉应力就会显得过大，进而引起贯穿性裂缝。（3）在池壁的一侧内充水时，另一侧就会受到室外温度的影响，当温度较高时，就会造成池壁外侧表面温度过高，当边缘受到底板的约束时，很容易引起温差变形而产生池壁裂缝。
6.2水池内壁裂缝的原因及防治
在混凝土浇筑前，如果池壁内壁选用木模板，木模板若没有浇水湿透，将会导致木纹出现横向膨胀，引起混凝土池壁裂缝，因此，在混凝土浇筑前，需要对木模板进行浇水，确保木模板处于湿润状态。当木模板出现较大的膨胀力时，需要及时挤出缝板，以消除混凝土的应力。
结语:综上所述，本文结合工程案例，对地下式污水处理厂结构设计和污水厂水池设计与施工中相关问题进行了分析。在污水处理厂建设的时候，应该加强水池细部结构的设计与施工，防止出现渗漏的情况，施工人员应该加强对细部结构质量的控制，提升水池细部结构的质量。
参考文献：
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