有關污水處理池的抗浮設計研究

叢丹丹（上海市政工程設計研究總院集團第七設計院有限公司 266071）

林永恒（中國石油工程建設公司華東設計分公司 266071）

一、引言

隨著社會經濟的發展，水資源被大量利用，從而也產生了許多污水處理的問題。污水處理池設計時必須考慮水池構造物的抗浮措施，抗浮方案選擇的科學合理，會對污水處理池結構受力，以及工程造價產生較大影響。本文對有關污水處理池的抗浮設計進行研究和探討，不足之處，敬請指正。

二、水池上浮的原因分析

污水處理池發生水池上浮的原因，無外乎以下三個因素：（1）設計方面，水池在設計時忽略了水池的抗浮措施，或者是考慮了但是抗浮驗算不足，采取的措施不科學。（2）施工方面，污水處理池在施工過程中忽略了抗浮措施，排水系統發生故障，施工后未進行填土，或者是水池頂板未進行覆土。（3）使用方面，污水處理池在使用過程中破壞了抗浮措施，或者是水池頂部覆土、排水系統等。

以上水池上浮的原因，必須在水池設計、施工以及使用過程中綜合考慮，根據工程實際情況對抗浮措施進行合理選擇，并嚴格按照施工要求，確?？垢〈胧┠軌虬l揮作用。

三、抗浮穩定性方法

常見的污水處理池有三類，敞開式半地下、敞開式地下、封閉式地下，污水處理池的穩定性要符合相關設計標準，抗浮標準荷載不能小于1.05倍標注浮托力，抗浮標準荷載有三部分組成，包括池體自重、外挑部分及土自重、池頂覆土重量。污水處理池抗浮穩定性方法主要有以下幾個種類：

1.自重抗浮

自重抗浮是指池體本身的自重來抗浮，這種方法安全可靠，然而自重增大較多時不經濟。

2.配重抗浮

配重抗浮是指在水池底部位置進行填土或者砌體，或者是用塊石混凝土，以此增大水池的重量。

3.錨固抗浮

錨固抗浮分為錨桿抗浮和工程樁抗浮。錨桿抗浮是利用錨桿和基巖的摩擦力，實現水池抗浮，要求是池底基巖較為堅固；如果池底沒有較厚的基巖，需要利用工程樁才能實現抗拔力，一般是預制混凝土樁，施工質量容易控制。

4.人工降排水法抗浮

人工降排水法抗浮是利用在池底進行一定厚度的砂石濾水層的設置，并進行盲溝和井點降排水系統的設置，以此促進地下水位降低，從而實現水池抗浮。這種方法具有一定的局限性，僅適合污水處理池埋深比較淺，而且地下水位較低時才適用。

四、實例分析

1.工程概況

某市污水處理廠二沉池工程，對水池抗浮設計方案進行選擇和比較。工程地質情況如下，第一層為粉質黏土層，fak=160 k PA，厚度為1.2米；第二層為粘土混姜石層，fak=180k Pa，厚度為2米；第三層為黏土層，fak=200k Pa，frb=28k Pa，厚度不下于10米。地下水抗浮設計水位是場地設計地面下1.4米。

二沉池是內徑為42米的圓形錐底水池，水池底面埋深為4米左右，地上部分高度為1.6米，池體自重為27000k N，浮力為39000k N。

2.設計方案

針對二沉池的抗浮設計，分別進行壓重抗浮設計、打抗拔樁抗浮設計以及打土層錨桿抗浮設計，并對抗浮方案進行分析和比較。

（1）壓重抗浮

壓重抗浮是結合了池內自重以及水池四周外挑墻址上壓重的方式，在池底進行找平處理后，進行毛石混凝土的填筑，除此之外在底板外挑墻址處進行分層壓實填土。

本方法經過分析和計算，得知需要增加工程量，具體詳情如下所示：

池壁增加鋼筋混凝土重G'1=1096k N；

池內填筑毛石混凝土重G2=25400k N；

池壁外挑墻址上土重G4=1950k N；

總浮力=53000k N；

總抗浮力G=55 906 k N；

抗浮穩定性驗算∑G/F'=55906/53000=1.054＞1.05，因此滿足設計要求。

（2）打抗拔樁抗浮

打抗拔樁抗浮是利用D400預應力混凝土管樁，弧度為95mm，樁長度為10米，單樁抗拔力設計值N1=200k N。

也就是說總共需要樁數為（1.05F-G）=69根，經布樁后取72根。

總浮力∑G=G1+72N1=41900kN；

抗浮穩定性驗算∑G F=41900/39280=1.07＞1.05，因此滿足設計要求。

（3）打土層錨桿抗浮

打土層錨桿抗浮是利用長度為8米的錨桿，直徑在150mm，錨固體是型號為M30的水泥砂漿，桿體是采用螺紋鋼筋。

錨桿抗拔力設計值

N1=πdfrb/1.3=（28×π×0.15×8）/1.3=81kN；

總共需要錨桿數量為

（1.05F-G）/81=（39280×1.05-27500）/81=170根；

總抗浮力∑G=G1+170N1=41280kN；

抗浮穩定性驗算∑G F=41280/39280=1.051＞1.05滿足設計要求。

3.抗浮設計方案技術經濟性對比

按照有關數據進行對比分析，得知污水處理池的平面尺寸，及其浮力比較大，自重不大，自重和地下水浮力之間共相差30%，因此采用壓重抗浮的方式會導致工程造價劇增，不符合工程設計經濟合理的原則。采用打抗拔樁，或者土層錨桿抗浮的方式比較合適，特別是土層錨桿僅需要增加投資八萬元，然而土層錨桿施工法對施工隊伍的要求非常高。本工程對以上設計方案進行綜合考慮，如果選擇土層錨桿抗浮法缺乏一定的工程施工經驗，因此不予采用。如果采用打抗拔樁，有可能對整個工期產生影響。綜上考慮，經過施工工藝的調整，決定把水池整體抬高半米后，選擇壓重抗浮的方法。

結語

綜上所述，污水處理池抗浮設計對于整個水池的結構而言，起著至關重要的作用，不同的抗浮設計方案對于水池的結構受力，以及工程造價、工程管理以及工期等產生較大的影響。因此，在進行水池抗浮設計方案的選擇時，要因地制宜，綜合考慮工程實際情況，或者是幾種方案相互結合，確保施工質量和工程造價兼得。

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