全埋式地下污水處理廠結構設計探討

陳濤

【摘要】安全、經濟、實用的結構設計，可以有效提高地下污水廠的功能性、安全性、穩定性，在設計工作中應不斷創新設計理念、設計方法，實現污水處理廠結構的合理性設計。

【關鍵詞】全埋式地下污水處理廠;結構設計;超長混凝土結構

全埋式地下污水處理廠已經成為當前污水處理廠的發展趨勢，具有節約土地資源，防止周邊土地貶值等優點，這種污水處理廠的結構設計較為復雜，在確保各個專業設計合理的基礎之上，主要從下面幾個方面保障大型全埋式地下污水處理廠整體結構設計的合理性。

1、埋置深度

在整個污水處理廠中，全埋式污水處理廠工程土建部分的造價接近總投資的一半，這要遠遠的高于地面式污水處理廠的造價。因此，相應設計人員應該重視地下式污水處理廠整體結構設計方案。其中埋置深度是在眾多影響污水處理廠結構設計的工程造價因素中較為重要的影響因素之一，它直接關系著土方開挖、施工降水、基坑支護、抗浮設計等工程造價的高低。所以在滿足工藝條件的前提下，應對工程造價多方面的影響因素展開相應分析，根據工程狀況建立相應的埋置深度工程造價的非線性方程，對目標方程進行解析，為能夠選取更加經濟、準確的埋置深度奠定堅實的基礎。

2、基坑支護設計

全埋式地下污水處理廠主體結構分兩層，地下一層為操作層，主要是工作人員的運營管理空間及設備用房，該層層高一般為6m左右;地下二層為水池層，整個工藝流程所有水池結構均在地下二層，該層的平均層高約8m，再加上頂板覆土厚度，基坑平均開挖深度約16m，屬于深基坑，根據大量基坑工程的成功實踐經驗，工程上常用的支護體系按其工作機理和圍護墻的形式可分為以下幾類：

2.1 SMW工法樁

SMW工法樁首先采用三軸水泥土攪拌樁機對地層進行加固，同時在地層內形成一道類似于咬合排樁的水泥土墻，在水泥土中的水泥尚未凝固前，插入型鋼，形成由攪拌樁止水、型鋼承受側向水土壓力的組合結構。型鋼插入以前在其四周涂刷減摩劑，在基坑開挖結束、主體結構施工完成以后，用千斤頂將型鋼拔出重復利用。SMW工法樁不僅止水，也能擋土，對挖深相對較淺的基坑具有較好的經濟型。但SMW工法樁的缺點是剛度較低，對周邊土層變形控制能力相對較差，對開挖較深且寬度較寬的基坑不宜采用。

2.2地下連續墻+內支撐

地下連續墻具有剛度大、變形小、安全可靠等優點，在深大基坑中應用較多。實踐表明，地下連續墻方案具有較高的止水性，同時也具有更高、更好的整體性，如今我國在建設地下式污水處理廠的時候，常常將基坑支護技術和永久性池體相結合，但是在這種結合之下依舊有很多技術性的問題存在，還需要相應的工作人員不斷的研究與分析，從而解決相應的問題。例如：應用池體內部結構和地連墻的連接方式等。眾所周知，污水廠具有較多的施工工序，同時施工周期也比較長，基坑支護應用內支撐技術會給施工帶來影響。

2.3三軸攪拌樁+鉆孔灌注樁+預應力錨索

三軸攪拌樁能起到很好的止水作用，鉆孔灌注樁+預應力錨索能起到控制基坑變形的作用，此支護形式相比內支撐具有較多的優點：便于基坑土方開挖和污水廠地下箱體施工;用拉錨代替鋼支撐或混凝土支撐，可大量節省材料，在工期和經濟上有優勢;拉錨的設計拉力可由抗拔試驗來獲得，因此保證了設計的安全度，所以此方案具有廣泛的適用性。但對于有較深厚的淤泥質等軟土適用性差，因為淤泥層較厚不能夠提供可靠、穩定、較大的錨拉力。同時緊鄰基坑四周若有樁基礎的建筑物，錨索施工會對周邊建筑物基礎造成影響，因此遇到上述兩種情況需慎重考慮。

3、主體設計分析

3.1抗浮設計

一般池體的抗浮設計方案主要有增加頂板覆土重量、底板配重、抗拔樁和抗浮錨桿等設計方案。增加頂板覆土重量一般要和頂部綠化景觀相結合，通過增加壓重來抗浮;底板配重適用于池體所受浮力不大，通過在底板配以適當厚度的素混凝土來增大抗浮力;抗浮錨桿適用于基底以下有埋深較淺且強度較高的巖層;抗拔樁的適用范圍較廣，但也要根據地質情況，從經濟角度考慮合理選用。設計人員對于具體工程應從經濟性、安全性以及可實施性等多方面因素考慮，最終選用合適的抗浮設計方案。

3.2結構柱網布置

全埋式地下污水處理廠頂部一般是市政公園，頂板的覆土厚度不低于1.5m，致使頂板的荷載較大，同時根據工藝條件及工藝設備運行的要求，其中某些區域（如二沉池區域）池體區格內不能設置結構豎向構件，導致結構柱網的跨度較大。同時為了降低污水廠的層高，控制埋深，對結構豎向構件及水平構件截面尺寸的控制提出了更高的要求。針對污水廠頂板荷載較大的情況，為了控制好結構構件的截面尺寸，下面以寧波某日處理量15萬噸的全埋式污水廠為例，該污水廠箱體平面尺寸為320m×118m，該箱體除二沉池及高效沉淀池區域外，盡量把結構柱網控制7米左右，讓水平構件截面尺寸得到控制來滿足其它專業對建筑內部凈高的要求。在二沉池區域，由于工藝需要沿一個方向的柱跨度達到13m，所以在另一個方向的柱網間距可以適當減少至5m，同時此區域的污水廠頂板次梁采取沿長跨方向較小間距單向布置的方式，可以降低梁高，以達到建筑內部所需的凈高。

3.3超長鋼筋混凝土結構設計

根據給水排水工程構筑物結構設計規范規定，現澆混凝土構筑物伸縮縫最大間距為30m，而大型全埋地下式污水處理廠主體結構的長和寬一般都有數百米，為滿足污水處理構筑物的工藝要求，減少水處理構筑物的滲漏隱患，需要適當放寬伸縮縫的間距，盡量減少伸縮縫的數量。一般可以采取以下措施：設置適當數量的后澆帶或加強帶;采用收縮小的水泥、減小水泥用量、在混凝土中加入適宜的外加劑（如微膨脹混凝土外加劑）等;提高樓板的構造配筋率或采用部分預應力結構。

結語：

總之，在全埋式地下污水處理廠的結構設計過程中，安全、經濟、實用的結構設計，不僅可以有效提高污水廠的功能性、安全性、穩定性，還可以充分的滿足人們的審美要求。所以，作為新時代的結構設計人員，在設計工作開展過程中要不斷創新設計理念、創新設計方法，實現污水處理廠結構的合理性設計。

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