文曾建
柳州市市政设计科学研究院有限公司 广西 545006
摘要：文中详细阐述并深入挖掘了市政污水处理厂水池结构设计要点。
关键词：污水处理厂；水池结构；结构设计
引言
随着我国对环境保护越来越重视，目前已经相继出台了逐步完善的环境保护法律与政策来降低污水污染量的增长，并投入建设越来越多的污水处理基建工程，那么，如何对污水处理工程核心结构构筑物污水池进行优化设计就成为污水处理项目建设的关键之一。因此，为了减少污水处理池因结构问题而导致地下水二次污染，有必要对水池结构设计进行深入研究。
1市政污水处理厂水池的选择
水池结构种类多，应用范围广。池体的构成要素有 3 个：顶板、底板和池壁。依据形状，可将水池分为圆形水池和矩形水池等；依据材质，可将水池分为钢筋砼水池、钢质水池以及砖砌水池等；依据使用条件，可将水池分为敞口式和封闭式；依据埋深，可将水池分为全地上、半地上以及全地下。工艺专业人员通常依据设备参数明确水池容积，土建专业人员通常依据建筑场地、结构受力特征以及工艺要求等决定水池的选型。依据场地适应性，比起圆形水池，矩形水池优势较大，场地利用效率高，对空间更具节约作用，施工工艺相对简单，特别是当多个水池组合或上部加盖房屋的情形下，才能形成理想的矩形水池。
2水池结构设计要点分析
水池结构设计时需要采用合理有效的计算假定，对不同工况下的荷载组合进行分析，使水池各板块既要满足正常使用状态下的裂缝、挠度等要求，又要满足承载能力极限状态下的强度等要求。水池结构计算分析主要包括水池各构件的内力、配筋、裂缝计算、地基承载力计算以及水池抗浮验算等方面。
2.1 水池荷载
2.1.1 顶板荷载
顶板荷载包括顶板恒荷载及活荷载，其中顶板恒荷载包括覆土荷载、建筑防水做法重量以及顶板自重；由于该水池埋置于厂区绿地之下，活荷载不需要考虑汽车荷载，计算时活荷载按地面堆积荷载10kN/m2取值。
2.1.2 壁板荷载
壁板上作用的荷载主要包括池壁自重、池内侧的流体压力、池外侧的地下水压力、池外土体的主动土压力以及温、湿度作用。水池荷载主要体现在水压力和土压力，设计时考虑最不利情况，池内水深按照满水情况进行计算。由于污水池为全地下水池，可不考虑温度、湿度变化对结构的影响。
2.1.3底板荷载
水池底板上作用的荷主要有池内水的自重，水池顶板和底板的重力荷载，覆土荷载以及顶板活荷载。地基土在上部结构荷载的作用下会发生变形，同时给底板提供一个反作用力，地基反力主要由顶板活荷载、顶板覆土荷载、顶板自重、壁板自重以及池内立柱自重引起。
2.2荷载组合
水池结构设计时，主要有以下三种荷载工况：（1）池内有水、池外无土（结构在做闭水试验时的工况）；（2）池内无水、池外有土（结构建成，试水期结束，土体回填完成时的工况）；（3）池内满水、池外有土（水池在正常使用时，满水的工况）。一般情况下，前两种工况下的荷载组合会引起最大内力，可只对前两种工况进行验算，取最不利荷载组合用于结构设计。对于多格水池，QY-POOLS 可以自动考虑各池体盛水荷载的不利布置。
2.3 抗浮验算
当地下水池在承受地下水浮力时，应进行水池结构的整体抗浮计算，满足抗浮安全系数不小于 1.05，保证水池结构不发生整体上浮。同时，对于有中间立柱作为支承的结构时，还需验算支承区域内的局部抗浮，防止底板在水浮力作用下向上发生变形，产生裂缝。
3市政污水处理厂水池荷载及各组合工况
针对处理厂荷载及荷载组合，需对水压、地下水压力、土压以及温度荷载等各个方面问题进行重点考量。在水池结构设计中，设计人员必须考虑各种情况下的荷载组合，最后以最不利荷载效应的工况为设计前提。对于水池侧壁而言，荷载组合的不同工况包括：（1）纯地上水池，水池外壁只受到内部水压力的工况。（2）半地上水池和纯地下水池，在施工完水池后，周围土体回填之前，水池外壁只受到内部水压的工况，此时池壁只内侧钢筋受力。（3）半地上水池和纯地下水池，在正常使用过程中，遇到需要检修设备而排空池内水的情况下，水池外壁受到外部土体压力作用，此时池壁只外侧钢筋受力。（4）半地上水池和纯地下水池，在正常使用过程中，受到内部水压力和外部土体压力共同作用，此时水池外壁内外侧钢筋受力情况随内外侧压力值而变化。（5）对于水池内壁而言，要综合考虑工艺流程，在相邻两个水池之间是否存在液位差的情况，如果内壁下方有过水洞，内壁两侧液位保持一致或相差不大，此时内壁仅起分隔作用，可按照构造配筋；若存在一侧水满再进入另一侧的情况，此内壁仍需按照挡水墙设计。4 市政污水处理厂水池结构设计中抗浮措施在实际工程设计中，经常会遇到地下水位较高的情况，或者水池埋深较深，水池底板在地下水位线以下的情况，此时的构筑物就需要考虑水浮力荷载。构筑物之所以会产生上浮，是因为地下水浮力大于构筑物自重。因此，考虑抗浮措施的方式一般为，增加水池自身的重量、增加构筑物上方回填材料重量、外扩水池底板以及设置抗拔桩等。在比较水浮力和构筑物自重时，可简化计算过程，将水池顶板和底板厚度，加上侧壁转化相应底板投影面积的厚度，与抗浮高度相比较 。
4市政污水处理厂水池结构设计中抗裂和抗渗措施
通常情况下，水池结构出现渗漏问题的原因是变形缝或砼结构裂缝引发的渗水。因此在水池结构设计初期就应制定科学的措施，制定合理变形缝构造，增强抗裂措施，进而对各种渗漏现象进行有效避免和预防。增强钢筋混凝土水池的抗裂措施有：对于超长混凝土结构水池来说，可以设置变形缝。变形缝应从池壁到池底贯通设置，以 30mm 为宜。在板厚中间设置中埋式橡胶止水带，然后用聚苯板填充封实，再用密封胶密封。（1）对于超长混凝土结构水池来说，也可以设置后浇带或者膨胀加强带来减小混凝土收缩变形产生的裂缝。温度后浇带可以在两侧混凝土浇筑后两个月，用高一级的膨胀混凝土浇筑；膨胀加强带应在其两侧用密孔钢丝网将带内混凝土与带外混凝土分开，再用高一级的膨胀混凝土浇筑。（2）在污水处理厂钢筋混凝土构筑物水池设计中，最常用的抗裂防渗措施是混凝土内掺加具有防渗、防冻、抗裂补偿收缩的高性能混凝土专用外加剂 , 混凝土配合比设计应经试验确定，并应满足限制膨胀率的要求。（3）混凝土的养护条件也对裂缝的产生有一定的影响。比如混凝土浇捣完毕后，应在 12h 内加覆盖和连续浇水养护；平均气温低于5℃时，混凝土浇注后，应立即用塑料薄膜和保温材料覆盖，养护期不应小于 14d ；拆模后，混凝土表面应加覆盖，防止阳光暴晒和寒潮袭击等 。
结束语
综上所述，市政污水处理厂建设不但对解决城市用水紧张问题具有重要意义，还对保障城市生产生活用水质量具有重要意义。作为水池结构设计人员，需要全面分析其中存在的问题，并对相应的解决策略进行有效提升，保障水池结构的总体质量，提升市政污水处理厂的运行效率。
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