潘贞慧 苏尧 曲珂
中国市政工程东北设计研究总院有限公司山东分院 山东济南 250000
摘要：进入二十一世纪以来，随着我国现代工业化的发展和城市化进程的不断推进，使环境污染形势进一步加剧，特别是污水排放方面，给人们的身体健康及用水安全带来了极大威胁。在市政污水处理厂中的排放污水往往要进行沉沙、生化等一系列的处理后方可排放，所以其水池结构能否得到合理设计，对于污水处理工作有着巨大影响。鉴于此，本文便分析污水处理厂水池结构设计工作，探讨设计过程中存在的具体问题，在此基础上提出相应的解决策略。
关键词：市政工程;污水处理厂;水池结构;设计要点
引言
随着我国经济与社会的快速发展，市政污水处理厂的需求越来越多。相关人员需要尽可能地对市政污水厂水池结构设计进行有效的分析，尽可能的与实际具体情况有效结合，加强市政污水厂水池结构设计的深入探讨。
1污水处理厂水池结构设计特点
对于市政污水处理厂来说，水池结构体量大、要求高、设计难度大，必须要保证安全适用性，池体结构不仅要满足工艺设计要求，同时要保证结构受力合理，在此基础上还要考虑经济性的原则。除此之外，在进行水池结构设计过程中，要对工程实际地质和水文条件进行勘探，合理选择结构形式，为了保证水池具有良好的运行效果，不仅需要进行承载力计算，还要进行额外的抗渗、防腐和抗压设计。如果污水池是用来处理工业废水的话，那么对防水和防渗性能的要求更高，如何避免污水渗漏造成地下水二次污染非常关键。
2水池荷载受力分析
水池内的水会给池壁结构带来压力，这便是水压。水压是水池最主要的荷载之一，标准的水压值在水池满水状态下计算，一是防止水池被人为误操作等外部因素影响而超池或满池，二是为水位设计留有余地，若日后需要对水池进行挖潜，则仍可以满足水位要求。若水池外部有填土，则土也会对水池结构产生压力，一般利用朗肯理论计算土对水池侧壁造成的侧压力的大小，记为土的主动压力。这种侧压力存在较多的变化因素，黏结力、密实度与内摩擦角等土质特性均会影响压力大小。通过试验探究可以得知，要准确地计算土主动压力的大小，利用朗肯理论是最为简便的计算途径。水池底板会受到地下水的托浮力，地下水压力也是一种主要荷载。只是此种荷载对水池底板安全会起到一定程度上的威胁与损坏作用，因此在设计水池结构时应对水池底部可能受到的托浮力加以重点考虑。要将底板受到的地下水压力予以抵消，可以采用增加底板配重、增大池体自重的方法，这是最具有经济性与可行性的一种办法。若水池池底远远高于地下水位，在设计水池结构时可以忽略地下水压的影响，并利用有效措施将地表存滞水进行排除。环境因素也会对水池结构产生影响，水池结构在温湿度应力的作用下，体积产生相应变化。与此同时，变化的体积会受到土压力与水压力等其他荷载的约束，由此产生应力效应。温湿度荷载便是由这种温度差与湿度差演变而来。在水池结构设计过程中，需准确计算结构强度、抗浮指数与裂缝开展宽度等数据，以满足建造方案规范要求为前提，综合考虑混凝土收缩、温湿度等影响因素。
3水池结构设计中常见的问题
3.1抗浮稳定性问题
产生抗浮稳定性问题的因素如下：①在进行水池结构设计过程中，设计人员一般根据地质勘查报告的水位来进行取值，然而与建筑物不同，水池结构本身自重较轻，但河流附近地下水位会出现比较大的变化，导致地质勘查单位无法对其最高地下水位进行准确勘测，不利于抗浮计算工作的开展。②在水池构筑物满足整体抗浮的基础上，如果池体平面尺寸相对比较大时，将会导致局部抗浮无法满足水池结构设计要求而诱发底板开裂现象。
3.2防渗漏问题
由于水池是采用的钢筋混凝土结构，而钢筋混凝土中的裂缝宽度如果不在施工过程中加以控制，便会产生渗漏问题。
钢筋混凝土之所以会产生裂缝，其原因可能来自于以下方面，其一是钢筋混凝土结构在施工过程中会因混凝土收缩短变形而产生较大的内部拉应力，拉应力会降低混凝土的抗拉强度，进而造成混凝土表面产生裂缝;其二是没有对混凝土进行均匀的振捣，进而使混凝土形成类似蜂窝状的结构，从而造成水渗入到混凝土结构中;其三是在浇筑水池底板时，没有和池墙一起浇筑，因两者在浇筑中是相互分开的，而水施工缝止水板在施工中也未严格按照要求进行焊接，便会出现渗水问题;其四是没有对地基进行科学的处理，进而造成水池会因地基沉降不均匀而产生裂缝。
4解决水池结构设计问题的对策
4.1解决底板抗浮稳定性问题
在进行水池抗浮计算过程中，需要对自重抗浮给予优先考虑，其主要是在池体埋深较浅，地下水浮力与水池自重相差不大时才可以获得很好的应用效果。提高底板抗浮稳定性的具体对策如下 ：①适当增加底板或池壁厚度，提高水池自重。该方案中虽然增加了混凝土的用量，增加了水池的截面，但是可以减少钢筋用量，不会增加太多的成本，能够有效提高水池结构的整体刚度。②加大配重抗浮。通过加大底板外挑墙趾或增加水池顶面覆土的方式来增加配重，这在中小型水池中得到广泛应用，但是在较大池体平面尺寸中应用效果不理想，主要是因为这会造成底板局部抗浮不符合水池结构设计要求。③采用抗拔桩或抗拔锚杆来抗浮。该方案能够使抗浮问题得到有效解决，既满足池体整体抗浮要求，又可以使池体局部抗浮问题得到有效解决，但是该方案造价较高。
4.2防渗漏措施
裂缝是造成水池结构渗漏的重要原因，所以说为了防止水池发生渗漏现象，就要做好水池变形缝和混凝土裂缝控制。为了减少水泥水化热温差和收缩变形，需要合理控制水泥的使用量，为了达到强度要求，可以利用活性掺合料来代替，并采取一次浇筑成型的技术，不留冷缝，从而避免收缩开裂的问题；可以在混凝土中掺加无机纳米抗裂减渗剂等外加剂产品，以减少混凝土收缩裂缝，防止池体渗漏；还要按照相关规范要求对沉降缝和伸缩缝进行严格设置，尽量不要因为外界温湿度条件变化造成水池不规则应力而出现裂缝。
4.3耐久性措施
从以往的工程经验来看，使用常规混凝土进行水池建设虽然前期成本投入低，但是通常情况下在15 a之后就要进行大修，修复的费用远远超出水池的建设费用，而一般市政污水处理厂的水池都要求使用寿命在30~50 a，由此可见，如果采用常规混凝土建设的话，在后期要付出至少4倍左右的维修成本，还会影响水池的正常使用，因此需要对池体采取耐久性的设计措施。例如可以加入钢筋阻锈剂和硅灰进行防腐，池体表面刷涂环氧沥青或聚氨酯沥青涂层等防腐涂料，虽然会增加建设阶段的成本，但是这种结构在水池使用寿命期限内基本不需要进行大修，节省了后期的维修费用，也不会影响水池的正常使用。
结语
总而言之，市政污水处理厂的建设是环境保护的重要举措，水池作为污水处理厂的核心组成部分，其结构设计质量直接关系到污水处理水平，因此在进行水池结构设计过程中，必须结合当地实际地质和水文条件，综合考虑各方面因素，重视水池结构的承载力、抗渗性、防腐性、抗浮性等指标，科学合理地展开设计工作，在确保水池结构稳定性、耐久性的同时降低工程建设成本，从而提升污水处理厂的经济效益和生态效益。
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