浅谈污水处理厂结构设计要点

浅谈污水处理厂结构设计要点

卓越2陆珉

1卓越2陆珉（杭州市城乡建设设计院有限公司）

摘要：本文针对污水处理厂结构设计的要点进行了相关的探讨。概述了在污水处理厂构筑物结构设计过程中遇到的诸如抗裂、抗浮和抗腐蚀等问题，并对每个问题提出了在设计和施工过程中相应的注意事项和解决方案。

关键词：污水处理厂；构筑物；抗浮；抗裂；抗腐蚀引言当前正是我国工业化和城市化快速推进的阶段，人民生活水平得到了快速的发展。伴随着发展而来的是生产生活污水排放量逐年增加，污水已经成为环境污染的重要来源之一。近年来，在人与环境科学、和谐发展的背景下，人们对环境保护的意识和要求不断提高，治理环境污染问题也已经被社会和各级政府列为首要任务之一，尤其是治理污水的配套软硬件措施相继落实，其中污水处理厂是最为重要的硬件设施。

一、污水处理厂现状及主要任务目前很多地区的污水处理厂承担着当地净化污水和水质保护的任务，其重要性不言而喻。同时，《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》规定，“十二五”期间的主要任务包括：1.加大城镇污水配套管网建设力度；2.全面提升污水处理能力，“十二五”期间，全国规划范围内的城镇新增污水处理规模4569万立方米。全部建成后，所有设市城市均建有污水处理厂，县县具有污水处理能力，各省（区、市）污水处理率均达到规划确定的目标，全面提升全国污水处理服务水平。

3.加快污水处理厂升级改造，“十二五”期间，全国规划范围内的城镇升级改造污水处理规模2611万立方米/日。

由是可见，全国城镇污水处理相关设施的建设是“十二五”建设的重要任务，那么设计并保障污水处理厂技术先进、质量可靠、安全经济也自然成为了设计人员的第一要务。因此，有必要针对污水处理厂中配套设施的结构设计进行概述和讨论，便于对分析和解决在设计和施工过程中所产生的问题。

二、污水处理厂建构物与一般建筑物的差别在污水处理厂的设计过程中可以发现，综合楼、管理用房、门卫等建筑物符合我们一般民用建筑的设计要求，而各种用于污水处理和水质净化的功能性构筑物的设计要求则完全不同。这些功能性构筑物涵盖的内容,主要是水质净化处理厂内的各种功能的盛水构筑物（反应、沉淀、过滤、曝气、消化、清水贮存等水池）以及各种相应的管道。这些结构以板壳为主，结构承受的作用主要是水、土压力和温、湿度影响。相关的结构设计必须遵循一系列专业设计标准。

但仍需要说明和强调的是在实际的单体设计中，设计标准中的做法不可能对工程使用要求（功能、环境、承受的内外压作用、施工工法等）有很强的针对性。尤其是一些施工情况特殊、施工工艺复杂的情况，不可盲目按照标准选择，必须结合施工的实际情况予以核算，不能忽视。

总之，污水处理厂相关的功能性构筑物结构设计应按本系列的标准和实际的工程要求综合执行，除在系列标准中明确引用其他标准（例如构件的截面强度核算、地基设计要求等）外，一概避免混用民用建筑结构的设计标准。

三、污水处理厂结构设计要点污水处理厂的设计是一个综合性极强的系统工程，涉及众多学科和部门，使得各个环节的配套性和协调性尤为重要，其中任意一个环节的设计不合理都会给污水处理厂的运行带来难以预期的影响。下面就污水处理厂结构设计中常见的一些要点进行简要的分析和概述。

1抗裂污水处理厂中水池结构一般为钢筋混凝土结构。混凝土材料本身是一种由水泥为胶结料、以砂石为骨料粘结而成的特殊材料，其材料本身就存在各种结构性缝隙和毛细管，再加上混凝土材料会产生收缩及受荷变形等情况，在水池结构本身特有的板体系和约束状态下，混凝土结构的裂缝产生是不可避免的。细微裂缝展开并相互贯通，从而发展成较大裂缝，会引起钢筋锈蚀，使保护层崩落，影响钢筋混凝土结构的承载能力。因此，必须在设计过程中采取多方面措施来控制结构的裂缝。首先，在设计中应合理的选择混凝土的强度等级，同时还应严格控制混凝土水泥的用量，减小收缩变形，有效地控制裂缝的发展。如在水泥中掺加一定数量的膨胀剂。其次，要避免当外界条件变化时，结构内产生不均匀的应力，进而造成裂缝的形成。所以，应当严格按照相关规范设置伸缩缝、后浇带。最后，在钢筋的使用上应根据水池的受力特点配置相应的构造钢筋。

2抗浮《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）规定：当构筑物基底位于地下水位以下或地表滞水层内又无排除上层滞水措施时，地表水或地下水对结构作用的浮托力，其标准值应按最高水位确定。

在设计过程中，首先应当合理规划和布置水池的位置，控制水池结构最低水位线，避免地下水位大于该值，同时要避免水池所处位置低于水池周围地势，防止雨水的聚集造成地下水位升高超过最低水位控制线。其次在设计过程中除对水池结构进行整体抗浮稳定性验算外，对中间有柱子的封闭和多格水池中，与柱相连的顶板和底板还应进行局部抗浮稳定性验算。大型的水池，局部区域内的承载力及局部的抗浮验算是设计的重点。当根据地质报告提供的抗浮设计水位计算得出水池的抗浮（一般是局部抗浮）不满足要求时，可以采取增加覆土、配重、打抗拔桩等措施。根据适用条件、经济性、可行性，选择适当的抗浮措施。另外，对在基本组合作用下的设计稳定性抗浮力系数取值的不合理以及对基础处理的不当，及地基承载取值不当，都会导致池体上浮，应当通过合理设计避免。

3防腐蚀由于污水处理厂的生产工艺过程和操作环境的特殊性，需要面对水中富含的微生物、盐离子、有机和无机酸碱以及昼夜温差等因素带来的严苛的腐蚀环境。这些腐蚀因素很容易致使钢筋混凝土构件受到破坏，对设备和厂房建筑产生强烈的腐蚀破坏作用，严重的会使地基、基础及上部承重构件损坏，造成厂房下沉、墙身开裂，甚至不同程度地削弱了构件的承载力，危及结构安全，造成难以估量的损失。

为了保证结构的耐久性符合设计要求，必须根据《工业建筑防腐设计规范》，针对不同程度的腐蚀，采取有效的防腐蚀措施。根据实际需要进行防腐处理的同时，对一些必要环节还要进行加固。另一方面，在现有图集以及规范中的可选择工程做法的基础上，也可以适当采用拥有成功实际经验的新型材料。因此很有必要从选材和防护措施上、结构构造上综合考虑侵蚀性介质的影响，按照相应规范进行合理设计，以保证建筑物和构筑物应有的强度和防腐蚀性能。此外，水处理行业逐步由新建项目为主，转向以运行维护为主的环境服务模式，除了从结构布置上、结构构件选型上及结构构造方面因地制宜考虑到防腐蚀措施外，还应和工艺、设备、通风、排水等专业一起采取综合措施，实现运行过程中的防腐蚀。

四、工艺功能要求对结构设计的影响污水处理厂的构筑物在进行结构配套设计时，除了强调在细节上满足工艺要求外，也要兼顾施工时的空间。譬如沉淀池周围的堰板采用钢筋混凝土构件时，沉淀池的走道板的梁底必须高于堰板的顶标高，并尽量留出模板的施工空间。还有类似于小型配水槽，隔墙内部的空间有时会非常小，类似的可以与工艺设计人员在方案阶段就尽量进行沟通，在满足功能要求的前提下，使结构上能够尽可能的合理。

不得已会有封闭空腔产生时，必须预留孔洞。

很多情况下，由于受场地限制而采取的构筑物叠加也会给结构设计增加难度。污水厂的构筑物叠加，会出现综合水池或者车间与水池的组合，除了受力的具体考虑外，组合结构在图纸的表达方式上会更强调逻辑性。

结语污水处理厂特点决定了其结构设计的特殊性，抗裂、抗浮和防腐蚀是污水处理厂构筑物结构设计必须解决的重要问题。随着污水处理厂工程规模和工艺技术的发展，污水处理厂构筑物的结构设计也必须适应这种发展变化。本文通过对污水处理厂配套结构设计要点的探讨，希望能在为更好地解决工程实际问题提供一些借鉴，更好地实现结构设计的优化。