某污水處理廠生化組合池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
宋歡藝
(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東廣州510060)
摘要：以廣東某工業(yè)園污水處理廠生化組合池為例，介紹在平面尺寸大、埋深較深、地質(zhì)條件復(fù)雜條件下，大型水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，對(duì)地基處理、壁板厚度的確定、抗浮設(shè)計(jì)、超長結(jié)構(gòu)的處理等進(jìn)行詳細(xì)的介紹。較好解決大型水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)難題，并為其他污水處理廠大型水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：水池；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；地基處理；抗浮
中圖分類號(hào)：X505 文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 02-0046-03
越來越多的污水處理廠采用組合池的形式，將多個(gè)水池組合成一個(gè)大水池，以便減少投資、節(jié)約用地面積。廣東某丁業(yè)園污水處理廠生化組合池，由水解酸化池、生物反應(yīng)池、二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池組合而成。組合池全長83.4 m，全寬40.9 m，其中水解酸化池高10.7 m,埋深6.9 m；生物反應(yīng)池高7.5 m，埋深4.7 m；二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池高5.5 m，埋深3.7 m。生化組合池平面布置示意圖如圖1所示，鉆孔剖面圖如圖2所示。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期采用50 a，地基基礎(chǔ)等級(jí)為丙級(jí)，構(gòu)筑物環(huán)境類別為二(a)類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為類Ⅱ類。設(shè)計(jì)最高地下水位標(biāo)高取為設(shè)計(jì)地面標(biāo)高以下0.5 m，抗浮安全系數(shù)為1.05。
1工程地質(zhì)條件
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本項(xiàng)目場(chǎng)地由上到下各土層分別如下。
1)①1素填土。結(jié)構(gòu)松散，成分主要為粉質(zhì)黏土和砂土，地基承載力特征值f a k= 70 k Pa。
2)②1粉質(zhì)黏土�？伤転橹鳎倭寇浰�，黏性、韌性中等，干強(qiáng)度中等，含砂顆粒，f a k=140 k Pa。
3)②2淤泥。飽和，流塑，主要由黏粒、粉粒組成，土質(zhì)軟弱滑膩，含多量腐殖質(zhì)，f a k= 40 k Pa。
4)②3粗砂。稍密、飽和，成分主要為石英、長石，含黏性土，砂質(zhì)不均勻，f a k=90 k Pa。
5)③1粉質(zhì)黏土。硬塑為主，少量可塑，以粉粒為主，土質(zhì)不均勻，f a k= 250 k Pa。
6)④1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石結(jié)構(gòu)清晰可見，巖質(zhì)極軟，f a k= 500 k Pa。
7)④2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖質(zhì)極軟，f a k=1 000 k Pa。
地下水類型為第四系砂層孔隙水和基巖裂隙水2種，土層透水性和富水性差，地下水含水量較為豐富。地下水、土對(duì)混凝土及混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該生化組合池平面尺寸大、埋深較深、地質(zhì)條件復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于地基處理、壁板厚度的確定、抗浮設(shè)計(jì)、超長結(jié)構(gòu)的處理等。這些難點(diǎn)的處理并不是獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)，需綜合分析處理。
2.1地基處理
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，水解酸化池底板落于②1淤泥層，距④1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層約0.5 m；生物反應(yīng)池底板落于②1粉質(zhì)黏土層；二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池底板落于①1素填土或②2淤泥層，淤泥層厚度達(dá)10 m以上。
根據(jù)初步計(jì)算，水池地基反力在130 k Pa左右，因此②2粉質(zhì)黏土層和④1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層是天然基礎(chǔ)理想的持力層，①1素填土或②2淤泥層不能作為持力層。由于水解酸化池下淤泥厚度較薄，僅0.5 m厚，將②2淤泥層全部挖除后，揭露④1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，再換填1:1碎石砂墊層，壓實(shí)系數(shù)≥0.95，換填處理后地基承載力特征值須≥140 k Pa。
二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池下淤泥層較厚，達(dá)10 m以上，不能通過挖除后換填的處理辦法，須采用樁基礎(chǔ)或復(fù)合地基處理。樁基礎(chǔ)造價(jià)相對(duì)較高，但樁基可兼做抗拔樁，在自重不滿足的情況下應(yīng)首選，而復(fù)合地基造價(jià)較低，在自重不滿足抗浮時(shí)考慮抗浮問題。經(jīng)初步計(jì)算，二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池抗浮系數(shù)為1.57，自重滿足抗浮要求，故采用復(fù)合地基處理。復(fù)合地基可采用預(yù)制方樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、CFG樁等。預(yù)制方樁、水泥土攪拌樁造價(jià)相對(duì)較低，應(yīng)優(yōu)先選用，根據(jù)該污水廠周邊工程地質(zhì)情況，水泥土攪拌樁在淤泥中成樁較差，而預(yù)制方樁應(yīng)用較廣，效果良好，故二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池采用預(yù)制方樁復(fù)合地基處理。
水解酸化池、生物反應(yīng)池采用天然基礎(chǔ)，而二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池采用復(fù)合地基，變形難以協(xié)調(diào)，需設(shè)置沉降縫�？紤]到組合池長度較長，溫度應(yīng)力較大，應(yīng)設(shè)置變形縫，可將變形縫與沉降縫合二為一，將生化組合池通過一道變形縫分為2個(gè)獨(dú)立的水池：水解酸化池、生物反應(yīng)池為西池，二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池為東池。
2.2壁板厚度的確定
池壁厚度一般根據(jù)計(jì)算的最大彎矩，按0.5%~0.8%的配筋率，將裂縫控制在0.2 mm以內(nèi)。頂板厚度一般取150~250 mm，底板厚度可取池壁厚度加50~100 mm。在自重抗浮缺口不大時(shí)，可適當(dāng)加厚壁板厚度，利用自重抗浮。
根據(jù)初步計(jì)算，除水解酸化池壁厚為700 mm外，其余水池主要受力池壁厚度均為500 mm，導(dǎo)流墻壁厚取300 mm。通常池壁厚度>700 mm時(shí)采用變截面池壁以降低造價(jià)。分別采用等截面、變截面池壁，通過有限元軟件分析，水解酸化池池壁計(jì)算結(jié)果如表1所示。
根據(jù)表1結(jié)果，采用變截面池壁時(shí)，由于池壁下部剛度比上部大，底部最大彎矩比采用等截面的池壁增大約25%，壁厚取850 mm。在相同混凝土體積的情況下，鋼筋用量增加約13%，因此采用變截面的池壁不一定經(jīng)濟(jì)，且施工不方便，故水解酸化池壁厚取700 mm的等截面。
2.3抗浮設(shè)計(jì)
經(jīng)計(jì)算，僅考慮自重抗浮，水解酸化池抗浮系數(shù)為1.08，生物反應(yīng)池抗浮系數(shù)為0.97，二沉池、轉(zhuǎn)盤濾池及氧化池抗浮系數(shù)為1.57。生物反應(yīng)池抗浮系數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求。
抗浮不滿足時(shí)，采用自重抗浮、壓重抗浮、抗拔樁、抗拔錨桿等。由于生物反應(yīng)池采用天然基礎(chǔ)，且水池結(jié)構(gòu)自重與地下水浮力相差不大，采用自重抗浮或壓重抗浮。自重抗浮一般通過加大水池池壁、底板或頂板截面增加水池自重，壓重抗浮是在底板配重、頂板覆土或底板外挑上壓重進(jìn)行抗浮。自重抗浮通常比壓重抗浮造價(jià)較高，而采用底板配重抗浮需增加水池的開挖量，底板外挑部分上壓重會(huì)增加水池底板地基反力的不均勻性，使池底板的內(nèi)力增大。且不論是底板壓重還是底板外挑上壓重，增加的壓重容重為浮容重，效果不如頂板覆
土。根據(jù)計(jì)算，生物反應(yīng)池頂板只需覆土0.5 m�？垢∠禂�(shù)即可由0.97提高到1.07，且覆土后在頂板種植草皮，增加景觀效果。
2.4超長結(jié)構(gòu)的處理
生化組合池全長83.4 m，全寬40.9 m，通過變形縫將生化組合池分為2個(gè)獨(dú)立的水池：西池平面尺寸為55.8 m×40.9 m，東池平面尺寸為27.6 m×40.9 m。根據(jù)GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，矩形構(gòu)筑物的伸縮縫最大間距為30 m。對(duì)于西池，在長度方向設(shè)置一道1m寬的后澆帶，兩邊長均< 30 m，減少溫度應(yīng)力的不利作用。東、西兩池寬度均為40.9 m，大于規(guī)范規(guī)定的30 m，若再設(shè)置變形縫或后澆帶，給施工帶來較大困難。根據(jù)施工及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過選用水化熱低的水泥、合理安排結(jié)構(gòu)的澆筑時(shí)間、加強(qiáng)底板及池壁的水平鋼筋，最大限度地降低溫度應(yīng)力的不利影響。
3結(jié)語
以廣東某工業(yè)園污水處理廠生化組合池為例，介紹在平面尺寸大、埋深較深、地質(zhì)條件復(fù)雜條件下的大型水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過采用合理的分縫、頂部覆土、設(shè)置后澆帶等簡單有效的措施，既巧妙地解決地質(zhì)不均勻、抗浮不滿足等設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，又節(jié)省造價(jià)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。該水池土建已施工完畢，尚未發(fā)現(xiàn)裂縫或不均勻沉降現(xiàn)象，效果良好，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。
1)大型水池設(shè)計(jì)，地基處理是關(guān)鍵，若地質(zhì)情況相差較大，可通過設(shè)置變形縫將水池分成若干稍小的水池，并采用不同的地基處理形式。
2)壁板厚度的確定，應(yīng)根據(jù)最優(yōu)含鋼量、抗浮綜合比較，選取最優(yōu)值。
3)水池抗浮缺口不大時(shí)，首選壓重抗浮，在條件允許時(shí)，優(yōu)先選用頂板覆土。
4)超長結(jié)構(gòu)可通過變形縫和后澆帶減少溫度應(yīng)力的不利影響。采取相應(yīng)措施后，水池可做到30 m以下不設(shè)縫。
