污水處理廠構筑物抗浮設計探究

【摘要】污水處理廠構筑物的抗浮設計，將會直接影響水池的安全性和經濟性，更會對污水處理效果產生直接影響。基于此，本文以優化污水處理廠構筑物抗浮設計方案為目標，對污水處理廠的構筑物類型和傳統的抗浮措施進行了概述，并分析了新型抗浮設計方案的原理、思路和特點，還基于實際工程案例論述了污水處理廠構筑物抗浮設計方案和成效。

【關鍵詞】污水處理廠;構筑物;抗浮設計;設計思路

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.177

為避免污水處理池上浮，有效開展抗浮設計至關重要。隨著污水處理廠業務范圍的擴大，傳統的構筑物抗浮方法漸漸難以滿足實際需要，引入新的抗浮原理和思路開展抗浮方案優化設計勢在必行。為此，相關工作人員應該著眼于污水處理廠構筑物的抗浮設計要求，制定更加妥善、科學的抗浮設計方案。

1、污水處理構筑物

所有具備、包含或提供人類居住功能的人工建筑物可以被稱為構筑物，構筑物在各種工廠和施工場地當中十分常見。在污水處理廠當中，用于開展污水處理的非居住型建筑物就被稱為污水處理構筑物。比如，污水處理廠當中的格柵、沉淀池、曝氣池、污泥消化池等都屬于污水處理構筑物，它們將會在各個污水處理單元當中發揮載體作用，為實現高質量的污水處理奠定基礎。

2、構筑物抗浮設計優化策略

污水處理廠的水池構筑大多為埋地式結構，所以水質的穩定性和安全性深受地下水位的影響，為避免出現水池上浮情況必須對其進行抗浮處理。而隨著抗浮設計要求和技術的發展，傳統抗浮設計措施已然無法滿足污水處理廠的實際需要，引入新的抗浮設計方案已經是大勢所趨。

2.1傳統抗浮措施

在以往的污水處理廠抗浮設計工作中，設計人員可以根據建筑環境和構筑物的形態來選擇抗浮措施。在這一工程中，較為常見的抗浮設計方案為錨桿抗浮、觀察井抗浮、抗拔樁抗浮、降水抗浮和配重抗浮。

第一，錨桿抗浮。錨桿抗浮是一種最為常見的抗浮方法，錨桿的穩固性、安全性和耐久性將會直接影響抗浮成效。施工前需做好試驗工作，而施工過程中也必須使用專門機械，并有效規避斷桿、鋼筋偏移、灌漿未飽滿和地下水侵蝕等問題，在使用環節受限頗多。

第二，觀察井抗浮。使用時需觀察地下水的低水位，從而根據地下水位高低決定能否排空水池實現抗浮。此種抗浮方式前期投入較少，經濟性較好，但該方法的檢修和管理工作成本較高，時間不靈活且操作較為復雜，如出現管理不當非正常排空，將會引發抗浮安全事故。

第三，抗拔樁抗浮。應用這種抗浮設計，必須合理控制抗拔樁之間的距離，和樁端位置，以免造成底板加厚或樁體不穩。合理布設抗拔樁將提升污水處理廠構筑物的整體抗浮能力，該方法的應用十分廣泛，屬于常規技術。

第四，降水抗浮。降水抗浮設計環節，必須合理設計反濾層，以免出現因反濾層堵塞而引發的水位難以下降情況。只有保證水位降至底板下，才能避免構筑物整體上浮風險。

第五，配重抗浮。這種抗浮方法的原理是基于配重混凝土與底板連接，實現有效抗浮。在實踐工作中所需的埋深較大，常出現經濟成本高和基底壓力大問題，甚至容易造成地基變形。

2.2新型設計方案

為了有效解決傳統抗浮設計的成本、管理、施工問題，相關工作人員可以在開展污水處理廠構筑物抗浮設計時，引入壓差式自動安全抗浮系統。

2.2.1原理

這種抗浮方法的原理十分簡單，就是基于構筑物內外液位壓差來實現有效抗浮。污水處理廠的構筑物主要是水池，在應用壓差式自動安全抗浮系統時，可于池底安裝多個單向定壓抗浮閥，當池體排空時地下水壓力超過設定值就會使抗浮閥自動打開，則地下水會進入池中平衡壓力，進而實現有效抗浮[1]。

2.2.2思路

在進行污水處理廠構筑物抗浮設計時，設計人員應基于地下水位勘探結果開展方案設計。為確定定壓抗浮閥的應用數量和布設位置，必須充分考慮導流墻、伸縮縫、變截面等因素，并且在此基礎上合理布設盲溝以及觀察井。同時，設計人員還需要做好地質勘查和標高、長度測定，從而確定反濾層的厚度以及其標高。

2.2.3特點

壓差式自動安全抗浮系統的技術特點鮮明，可基于不同的地下水位以及水流特性來靈活開展定壓抗浮閥閥芯的設計。而且，該技術的應用可彌補傳統抗浮設計的成本高、管理難和操作復雜缺陷，將會大幅提高構筑物的抗浮安全性、經濟性和耐久性，可為保障構筑物穩定性奠定基礎。

3、污水廠構筑物抗浮設計案例分析

3.1工程概況

某城市內有河流流經，該市的污水處理廠建在河流交界處。廠內建立多個污水處理構筑物，多級A/O除磷脫氮工藝池的結構都屬于鋼筋混凝土構筑物。污水處理池的容積為38057m?，埋深為3.5m且地面標高為1865.8m（設計值）。同時，在這一污水處理廠建設區域內存在地下水，高度約為1858.9m。經設計，將A/O池身尺寸設定為70m×88.2m×6.49m，抗浮設計水位為1.3m（地面下）。

3.2設計方案

為做好污水處理廠的構筑物抗浮設計，相關工作人員必須做好抗浮驗算、閥門數量位置設計、濾層和盲溝布置以及土工布和觀測井布置。

3.2.1設計數據驗算

設計人員應在開展設計前做好信息與數據采集工作，并且基于已掌握信息開展構筑物局部抗浮驗算。驗算A/O池的局部抗浮數據時，可選用以下公式：

在公式當中，Gk與F分別代表單位面積內的構筑物底板的重力和地下水浮力，單位都為kN/m2;和分別代表鋼筋混凝土容重和地下水比重，單位都為kN/m?;t和HB分別代表池體的底板厚度與地下水高度，單位都為m;和Kf則分別代表可變荷載的分項系數與抗浮設計系數，后者的系數值若超過1.05則表示抗浮設計符合相應標準。

3.2.2抗浮閥設計

為有效確定定壓抗浮閥的使用數量和布設位置，設計人員應該從實際出發，充分分析定壓抗浮閥的使用性能、導流墻的間距、底板半截面距離以及池內的突出井位置等干擾因素[2]。經過實踐分析，本次案例工程中共需設計117個定壓抗浮閥;且它們與導流墻之間的平行和垂直間距應該保持在5.5m-7.5m和6-9m之間。

3.2.3濾層布置

布置碎石濾層時，設計人員應該就有地質勘查報告來進行合理設計。報告顯示，污水處理廠的地下共4層，自下而上分別為粘土層、粉質黏土層和雜填土層。在設計碎石濾層時，相關工作需確保粉質黏土層為構筑物基底，能夠在底板下設置厚度為0.3m的碎石濾層和土工布濾層。

3.2.4盲溝與土工布布設

設計和布置盲溝的目的在于提高地下水疏通質效，保障抗浮設計科學性。因此，在設計環節應合理調整盲溝數量、間距以及尺寸。比如，以18m為間距設計長向盲溝，以19m為間距設計短向盲溝，保證所有盲溝的尺寸均為1.5m寬和0.5m深。而在布設土工布時，應該著眼于黏土土質，以避免土粒堵塞反濾層為目標布置土工布。比如，在濾層與地基之間布置優質土工布，規避土粒的流動和堵塞風險。

3.3設計成效

此次設計需要應用到的主要材料為混凝土、鋼筋、土工布、碎石濾層、定壓抗浮閥和放空閥門，所需基礎材料約為36萬元;若在同等條件下以抗拔樁抗浮設計方案施工，則需要使用大量混凝土與鋼筋來制作樁基、承臺，施工材料費用將達到498萬元。相比之下，基于壓差式自動安全抗浮系統而開展的污水處理廠構筑物抗浮設計，可有效減少施工成本[3]。而且，壓差式自動安全抗浮系統的應用，還將減少工作人員的施工壓力和管理難度，能夠大幅提升抗浮設計工作質效。

結論：

總而言之，將壓差式自動安全抗浮系統引入污水處理廠的構筑物抗浮設計當中，能有效解決傳統抗浮方法的成本高、難度大、管理復雜問題，也將會讓構筑物的抗浮效果得到提升。在實踐工作當中，相關人員必須明確壓差式自動安全抗浮系統的應用原理和特點，結合工程實際要求做好方案設計工作。

參考文獻：

[1]龔玉鋒.全地下污水處理廠抗浮設計要點分析[J].水利建設與管理，2020，40（08）：20-24.

[2]程藝.污水處理廠大型池體構筑物的抗滲防裂施工技術及質量控制[J].中國建設信息化，2019（15）：66-67.

[3]李著策，周韜，張躍.鋼筋混凝土水池抗浮設計方案的分析及比較[J].工程建設與設計，2018（S1）：119-123.

作者簡介：

謝正（1984-），男，安徽六安人，畢業于安徽建筑工業學院土木工程專業，大學本科學歷，學士學位，工程師，專業方向：建筑工程。