污水處理廠百樂克池體結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐

【摘要】某污水處理廠選用百樂克（BIOLAK）生物除磷脫氮工藝，百樂克生化反應池為該污水處理廠生物處理的核心單元。百樂克工藝所采用的土池結(jié)構(gòu)，使其工程造價與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價相比節(jié)約近一半。池體設(shè)計過程中應結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件進行地基處理，針對不同部位采取不同的工程措施以應對運行期間地基沉降變形較大的不利因素，滿足使用要求。同時靈活運用BIM技術(shù)輔助提高出圖效率。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠；百樂克；地基處理；HDPE；BIM

1、工程概況

某污水處理廠位于連云港地區(qū)，占地面積約8公頃，該污水處理廠近期規(guī)模4.8萬m3/d，遠期規(guī)模10萬m3/d。經(jīng)過對污水生物除磷脫氮基本原理的詳細系統(tǒng)分析，并針對污水處理廠進、出水水質(zhì)和污染物的性質(zhì)特點，對幾種待選工藝進行了詳細的技術(shù)經(jīng)濟方案比選，最終推薦選用百樂克（BIOLAK）生物除磷脫氮工藝。

百樂克工藝即在天然湖體或水塘內(nèi)采用生物處理方法處理污水，其主要機理為傳統(tǒng)活性污泥法延時曝氣理論的多級A/0工藝。廣義多級A/0工藝的實現(xiàn)主要依靠懸浮式移動曝氣器的不規(guī)則運動曝氣鏈的啟閉來完成。百樂克工藝處理流程如下：污水經(jīng)粗格柵除去粗大雜物后，經(jīng)進水泵房進入細格柵間，然后進入百樂克生化反應池中，處理后的尾水經(jīng)紫外線消毒后排入周邊河道。剩余部分污泥進入百樂克池繼續(xù)循環(huán)處理，另一部分污泥則經(jīng)污泥泵房排入污泥池然后送至脫水機房，經(jīng)帶式脫水機脫水后外運。下面主要介紹百樂克生化反應池體的設(shè)計。

2、百樂克（BIOLAK）生化反應池體設(shè)計

2.1 百樂克生化反應池概述

百樂克池為該污水處理廠生物處理的核心單元，在一期設(shè)計布置中，考慮了一座反應池，共分兩組，處理水量4.8m3/d，遠期增加一座。整個池體從進水端開始分為四個區(qū)域，分別為①生化除磷區(qū)（厭氧區(qū)）、②活性污泥區(qū)、③澄清區(qū)、④后曝氣區(qū)。

2.2 百樂克生化反應池體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 地基處理設(shè)計

本工程場地為高壓縮性土，應進行地基處理。根據(jù)現(xiàn)場試驗的結(jié)果綜合考慮百樂克池采用粉體噴攪法進行地基處理，按復合地基進行設(shè)計。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級。

粉體噴攪法樁樁徑為D=500，共7258根，施工時除應控制樁身長度外還應控制樁身進入持力層的長度，樁端以3層粉質(zhì)粘土為持力層，樁端進入持力層不應小于700mm。復合地基設(shè)計承載力特征值為fspk=95kPa。淤泥層中粉噴樁復合土層的壓縮模量Esp=32MPa，施工前必須通過現(xiàn)場復合。

本單體平面尺寸較大，土層分布不均勻，如遇土層異常情況還應采取措施及時處理。同時打樁順序應合理制定并綜合考慮施工工期、土層情況、施工流程及樁長等因素。

2.2.2 百樂克生化反應池主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.2.1 池體結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹

百樂克池平面尺寸145.8m×103.1m水深約5m，設(shè)計內(nèi)底標高為1.7m。設(shè)計室外地面高程為4.3m。百樂克池邊緣高于設(shè)計地面，應筑壩檔水。考慮本工程所在地區(qū)缺乏土方，而石料資源相對比較豐富，因此本工程百樂克池采用周邊砌筑漿砌塊石重力式擋墻的結(jié)構(gòu)形式。百樂克池不設(shè)底板，只需在池內(nèi)地面鋪設(shè)高密度聚乙烯HDPE復合土工膜防滲。防止池內(nèi)污水滲出。土工膜厚度不小于1.5mm。土工膜下拋石后回填300mm厚粘土，以方便土工膜敷設(shè)。土工膜在水面以上與塊石擋墻錨固。百樂池內(nèi)設(shè)有中隔墻，把百樂克池分為左右兩部分，分隔墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)局部還設(shè)有鋼筋混凝土沉淀池。設(shè)計在百樂克池中間隔墻及沉淀池壁板距底板900mm處設(shè)有水位平衡孔，以保證各區(qū)格水位基本平衡。同時池內(nèi)進水前應保證漿砌塊石墻后回填土施工完畢，并通過驗收。池體上部曝氣鏈預埋件允許最大拉力為2.5kN。中隔墻的兩側(cè)曝氣鏈應對應布置、同時受力。施工、運行及檢修過程中不得發(fā)生單邊安裝曝氣鏈的工況。

本工程場地設(shè)計地下水位高于池底標高，應考慮地下水浮力對結(jié)構(gòu)的影響。周邊擋土墻自重較大，完全可以保證自身的抗浮穩(wěn)定。而土工膜自重很輕，自身難以抵抗地下水壓力，因此，百樂克池施工期應考慮一定的降水措施，而在使用期除不可抗力因素外，百樂克池內(nèi)污水水面永遠高于設(shè)計地面，檢修期也不必降低水位，因此土工膜可以靠其上水重保持穩(wěn)定，因而設(shè)計膜內(nèi)不需另設(shè)壓重。

2.2.2.2 池體結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題

本工程地基土質(zhì)較差，設(shè)計地面高于原有地面，工程建成以后地基沉降變形較大。本設(shè)計針對不同部位采取不同的工程措施，以滿足使用要求。在百樂克池周邊天然地基承載力難以滿足擋墻的要求，因此須對其進行處理。而池底土工膜具有一定的使用變形能力，設(shè)計考慮采用工藝設(shè)備預留調(diào)節(jié)余量的方法適應地基變形，因而允許地基發(fā)生一定變形，可以適當減免對膜下池底的地基處理。

運行單位及設(shè)備廠家應采取必要的保證措施確保運行過程滿足設(shè)計水位要求，同時，百樂克池面積較大，其中部與邊緣存在一定的沉降差，相關(guān)設(shè)備應有一定的適應能力，能確保正常運行。

2.2.2.3 運用BIM技術(shù)提高設(shè)計效率

該池體結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計出圖過程一般分為模板圖和配筋圖兩大步驟，因為該池體尺度較大，各配套專業(yè)間協(xié)作工作量大，導致最終施工圖繪制的難度加大，為此在設(shè)計過程中實際運用了BIM技術(shù)來有效提高設(shè)計效率。當下三維建筑信息化模型設(shè)計（BIM）常用的主要設(shè)計軟件有以下幾種：Revit，MicroStation，ArchiCAD，Rhino，Sketchup，CATIA， PKPM、魯班軟件等。結(jié)合項目實際情況，設(shè)計過程中選擇Sketchup作為該項目BIM輔助設(shè)計的主力軟件。Sketchup是一套直接面向設(shè)計方案三維信息化創(chuàng)作過程的設(shè)計工具，其創(chuàng)作過程不僅能夠充分表達設(shè)計師的思想而且完全滿足與客戶即時交流的需要，它使得設(shè)計師可以直接并快速的在電腦上進行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑信息模型設(shè)計創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。我們先把工藝等專業(yè)的條件圖轉(zhuǎn)變?yōu)樗そY(jié)構(gòu)專業(yè)的初步模板圖，經(jīng)結(jié)構(gòu)驗算后調(diào)整初步模板圖，然后利用Sketchup軟件直觀的可視化設(shè)計界面將調(diào)整后的池體構(gòu)筑物初步模板圖通過Sketchup軟件進行三維實體模型放樣建模，該軟件可以快速有效的勾繪出池體構(gòu)筑物節(jié)點之間的相互關(guān)系，可以高效的輔助CAD最終2D版本施工模板圖的繪制，然后加快結(jié)構(gòu)配筋圖的出圖效率，減少設(shè)計誤差。同時Sketchup軟件所做的信息化模型也可以作為綜合碰撞檢查的有力工具同步輔助指導其他配套設(shè)計專業(yè)相互檢查，從而可以直觀盡早的發(fā)現(xiàn)問題并加以及時調(diào)整。

結(jié)語：

百樂克生化反應池活性污泥區(qū)采用半地下式漿砌塊石護底護坡/HDPE土工膜結(jié)構(gòu)，使用壽命長于混凝土結(jié)構(gòu)（70～100年），且工程造價與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價相比節(jié)約近一半。綜合來看，百樂克工藝采用的土池結(jié)構(gòu)，使得其土建費用僅占整個工程造價的20%左右，遠低于國家環(huán)保局在《工業(yè)廢水處理設(shè)施的調(diào)查與研究》中提出“54%用于土建工程設(shè)施”的要求，并且國產(chǎn)HDPE土工膜主要性能指標已經(jīng)達到甚至超過國際標準，且價格僅為進口產(chǎn)品的1/2～1/3。若百樂克控制系統(tǒng)的主要設(shè)備今后國產(chǎn)化將會大大提高百樂克工藝的技術(shù)經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50069—2002）

[2]《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》（CECS138：2002）

[3]《混凝土水池軟弱地基處理設(shè)計規(guī)范》（CECS86：96）

[4]《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊（第二版）》北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007

[5]《BIM建筑設(shè)計實例》北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007

[6]《SketchUp用戶指南官方教程》上海：上海曼恒信息技術(shù)有限公司，2007