某大型埋地式污水廠結構設計淺析

高彥君

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 201210）

某大型埋地式污水廠結構設計淺析

高彥君

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 201210）

以某埋地式污水廠為例，從基坑設計、結構設計等多方面介紹了埋地式污水廠結構設計中的重點和難點，并提出其中不足和改進內容，可供類似工程借鑒和參考。

埋地式污水廠；集約化；結構布置；抗浮

0 引言

針對現在城市用地愈發緊張的現狀，在市區建設污水廠不可避免要影響環境。常規的污水處理廠單體多為分散布置，廠區占地面積較大，不便于臭氣收集和集中治理。為了使污水廠的建設減少對環境的影響，最近幾年陸續出現了部分埋地或全埋地的污水廠結構。埋地式污水廠具有環境污染小，噪聲污染小，節約土地資源等優點，既解決了城市的污水處理問題，與周邊環境也有較好的協調發展[1]。本文以某埋地式污水廠為例，介紹埋地式污水廠結構的難點和重點。

1 工程概況

該工程為某埋地式污水廠，處理規模10萬m3/d，按兩層進行集約化布置，下層為水處理結構，上層為操作層。圖1為集約化埋地式污水廠的鳥瞰圖。按照工藝總體布局，該工程生產性建（構）筑物采用集約化的整體地下式結構。該整體結構總計有上部箱體1座，其余均為下部構筑物，包括：粗格柵及進水泵房1座，細格柵及曝氣沉砂池1座，初沉池2座，生物反應池2座，二沉池2座，二次提升泵房1座，高效沉淀池1座2池，反硝化深床濾池1座，紫外線消毒渠1座，鼓風機房1座，加藥間1座，乙酸鈉投加間1座，污泥均質池1座，污泥濃縮脫水機房1座，初沉污泥泵房1座。

其中，上部箱體為操作層，凈高在5.2 m左右，下層為水處理構筑物，池高在3～8.7 m，進水泵房區域較深，池高12.1 m。

圖1 集約化埋地式污水廠鳥瞰圖

圖2、圖3為集約化構筑物下層平面布置圖和主要單體高程圖。

圖2 集約化構筑物下層平面圖（單位：mm）

圖3 集約化構筑物主要單體高程圖（采用相對標高，單位：m）

2 工程地質條件

2.1 土層情況

擬建場地污水場站部分原為耕地、苗圃及荒地，場地中部分布有4個較大范圍水塘，現已經初步整理，表層植被基本清除，水塘已填平。廠區地形平緩，場地地面高程16.70～17.20 m，最大高差約為0.50 m。

擬建場地地基巖土分布自上而下依次為：①層雜填土、②1層粉質黏土、②3層粉質黏土、③層黏土、④層粉質黏土夾粉土、⑤層粉土、粉細砂與粉質黏土互層、⑥層粉質黏土夾粉土、⑦層粉細砂夾粉土、⑧1層強風化泥質砂巖、⑧2層中風化泥質砂巖。

該工程主體結構基本落在③、④、⑤層土，承載力均可，經過結構計算，可滿足構筑物承載力要求。設計地面標高16.50 m，基本與現狀地坪相同，場地平整工作相對較少。表1為主要土層參數表。

表1 主要土層參數表

2.2 水文地質

地表水主要分布于配套管線沿線派河及支流河道、水塘內，勘探期間實測水深一般0.7 m左右，水量不大。根據勘察揭示，場地主要有上層滯水、潛水和承壓水。承壓水初見水位約地表下6～8 m，現階段靜止水位在地面下2.5～4.5 m，承壓水頭一般2～3 m，豐水期水位可至地表下1.5～2.0 m，水量豐富。按照詳勘報告所述，抗浮設防水位取設計地面以下1.0 m。

3 結構設計

埋地式污水廠有別于一般污水廠的主要特點，在于將生產區的水處理構筑物集中在一起布置，整體考慮，占地面積較小。集中式的特點會造成相鄰分塊的結構設計交叉和銜接，需要綜合考慮基坑支護、地基處理、工藝流程布置、結構搭接、施工通道等諸多因素[2]。地下式的布置也會使得水土壓力荷載比一般水處理構筑物所受荷載大，對結構方案的合理性無疑提出更高的要求。針對這兩個方面，結構設計在前期與工藝專業進行大量溝通交流的前提下，做了如下工作。

3.1 結構整體設計及傳力路徑

該工程污水廠按照整體布置的思路，將生反池、二沉池等埋深較大的單體布置在中間位置，兩側布置反硝化濾池、高效沉淀池、細格柵、初沉池等單體。結構基本上采用中間深、兩邊淺的布置，便于土壓力的平衡。后期基坑開挖，也可以采用兩邊對稱開挖，增加基坑整體穩定性。結構傳力路徑示意如圖4，采用屋面板、頂板、底板3條傳力路徑。

圖4 結構傳力路徑示意圖

3.2 操作層柱網結構布置

根據工藝專業要求，屋面考慮1 m厚覆土用于種植綠化，荷載較大。考慮到結構整體的經濟性，上層操作層柱網不宜過大，一般而言跨度在6～8 m較為經濟。但是，個別區域受到工藝條件限制，如脫水機房等區域，柱網尺寸在9～10 m，局部因吊裝原因考慮屋面抬高。

3.3 池內結構布置

設計水處理區構筑物主要由初沉池、生反池、二沉池組成。由于整體式考慮，二沉池舍棄了常規的圓形設計，采用矩形二沉池。初沉池、生反池、二沉池基本占到平面布置的60%～70%以上。上層柱子的布置結合生反池、二沉池的池壁進行布置，盡量不影響水流條件。整體區域西側主要為反硝化深床濾池和高效沉淀池，局部考慮設備吊裝，屋面設置為膜加蓋屋面。

東側主要為脫水機房、粗細格柵、儲泥池，局部考慮吊裝，基本上兩側結構對稱，局部與工藝專業進行溝通協商，做了相應結構優化調整，對結構整體受力較好。

3.4 結構變形縫設計

整個單體長218.95 m，寬127.1 m。按照規范要求，長度方向設置3條變形縫，寬度方向設置2條伸縮縫[3]。結合建筑及工藝要求，選用較為成熟的變形縫做法（見圖5）。底板、池壁采用中埋止水帶結合外貼止水帶的方式，同時結合混凝土自防水，形成3道防水體系，可以較好地滿足集約化箱體結構的結構防水要求。

圖5 結構變形縫詳圖（單位：mm）

3.5 結構抗浮設計

該工程的抗浮水位按照勘察報告要求，取設計標高以下1 m。根據計算，僅依靠結構自重難以滿足抗浮要求，需增加基礎配重或增加抗浮錨桿。

由于考慮到結構屋頂覆土的作用，對抗浮有一定幫助作用，為節約工程造價，結構設計時以使用階段的工況作為控制工況，在抗浮設計中，考慮自重和屋頂綠化覆土的共同作用，并在設計圖紙和施工交底中著重強調，在屋頂覆土完成前不進行基坑的回填。

施工階段的抗浮以施工措施為主，在基坑周邊、坑內設置管井，控制基坑水位。雨季還需做好坑內積水的明排工作。

3.6 結構防腐設計

水池防腐是需要重點考慮的內容。根據設計經驗，污水廠水池在設計液面位置附近容易腐蝕，在設計液面位置上下1 m考慮采用彈性聚氨酯防腐涂料，在滿足防腐要求的同時兼顧到經濟性。

3.7 結構抗震設計

根據詳勘報告，該工程所在場地抗震設防烈度為7度（第一組），設計基本地震加速度0.10 g，場地類別為Ⅱ類，場地的特征周期取0.35 s。集約化構筑物按重點設防類進行抗震設計，按照8度（二級）采取抗震構造措施。

3.8 基坑設計

根據詳勘報告，該工程所在場地地下水位較高，且有承壓水，水量豐富，因此基坑采用淺層放坡，深層鉆孔灌注咬合樁+錨索施工的方式。兩側埋深較淺的區域，除進水泵房采用內支撐支護開挖外，脫水機房、污泥濃縮池、初沉池、反硝化深床濾池等埋深較淺的區域，均采用放坡開挖施工；中間二沉池、生反池區域采用放坡+鉆孔灌注咬合樁+預應力錨索的方式進行支護開挖，基坑中心、周圍均布置管井降水。放坡與支護相結合，不設置內支撐的方式，使得基坑施工較為快速，有利保障了施工的順利進行。

3.9 待改進內容

對于如此大體量、集約化的埋地式結構的設計，由于經驗不足、時間倉促、設備資料不全等因素，還有不少地方值得商榷和完善。設計中由于設備進場較晚，小部分設備安裝與土建結構發生沖突，需調整設備或修改土建條件才能滿足功能要求。

此外，國內對于埋地式污水廠上面的操作層防火分區劃分，沒有明確的規范要求，現階段僅依據民用建筑防火規范進行布置設計，容易受到當地消防部門的質疑。設計前期階段應與當地的消防部門就防火分區進行深入對接，盡早確定操作層建筑方案的布置，避免后期結構設計的大量返工。

后期，運營公司進場，進行試水運行，也提出一些建議，如能在前期有所溝通，整個設計會更精細化，更滿足生產使用的要求。

4 結語

目前土建施工已經完成，設備安裝已近尾聲，中標的水務公司開始進行調試運營，結構狀況良好，無沉降或漏水情況出現。

通過該項目的設計和現場情況分析，總體而言，與傳統污水廠相比較，埋地式污水廠用地少，集約化處理，整體景觀較好，但施工難度較一般分離式的常規污水廠大，施工時需考慮到相互界面的影響，施工周期較常規污水廠長，在土地緊張、環境要求高的城市中有較高的推廣價值。

[1]萬玉生，葉雅麗，王長詳，等.某全地下式污水處理廠結構設計的關鍵技術及相關問題[J].特種結構，2014，31（2）：34-37.

[2]魏耀紅.某地下式污水處理廠結構方案設計淺議[J].特種結構，2014，31（2）：47-51.

[3]GB 50069-2002，給水排水構筑物結構設計規程[S].

TU99

B

1009-7716（2017）08-0109-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.034

2017-03-29

高彥君（1983-），男，山西朔州人，工程師，工學碩士，從事市政排水、綜合管廊結構設計工作。