污水处理厂水池结构设计要点分析

污水处理厂水池结构设计要点分析

宁冠翔

北京市市政工程设计研究总院有限公司广西分院 广西南宁市 530000

摘 要：伴随城市化进程加快，城市污水排放总量显著增加，大量污水可影响城市生态环境，并可危及用水安全。污水处理厂属于市政工程的重点项目，通过对污水的沉淀及生化处理可达到良好的净化效果，可促进水资源循环利用，改善城市生态环境。为确保污水处理厂发挥应有作用，相关机构需优化设计方案，高质量完成水池结构设计。本文总结分析污水处理厂水池结构设计要点，希望为相关人员提供参考。

关键词：污水处理厂；水池结构；设计要点

现阶段，我国经济社会高速发展，城市生活污水及工业废水排放量均显著增加。污水处理厂是处理城市污水的主要场所，可缓解城市用水紧张，并可改善城市生态环境。水池是污水处理厂的重要结构，其设计质量可对污水处理效果产生较大影响，为此相关设计人员需加强研究，准确把握设计要点，结合实际需求确定适宜的设计方案。

1. 污水处理厂水池结构设计常见问题分析

1. 水池表面材料施工设计方案存在缺陷

常规污水处理厂水池结构设计中，设计的重点为预防水池不均匀沉降及裂缝，提升水池结构的整体稳定性，对于水池表面材料施工设计重视程度不足^[1]。如污水处理厂采用质量不合格的表面涂层材料或未采用表面涂层材料，可导致水池在投入使用后发生腐蚀等问题，并可对其使用寿命与使用功能造成较为严重的不良影响。

2. 抗浮问题分析

依据GB50069-2002《给水排水工程构筑物结构设计规范》要求，如构筑物基底区域处于地下水位下或处于地表滞水层，且未有有效排除上层滞水措施，需依据最高水位确定地下水或地表水对构筑物产生浮托力的标准值。部分设计人员在污水处理厂水池设计过程中未准确控制最低水位线，地下水水位高于最低水位线后可引发水池上浮。同时，污水处理厂水池设计过程中，设计人员需详细验算水池的整体抗浮稳定性，针对多格水池及内部存在柱子的封闭水池，需计算与柱连接的底板与顶板抗浮稳定性，如未能准确计算，可导致水池上浮^[2]。部分设计人员未能准确设计基本组织作用下稳定性抗浮力系数，进而导致水池上浮。另外，污水处理厂水池结构设计过程中需合理规划水池位置，部分设计人员将水池设置于地势过低区域，导致雨水大量聚集，地下水位升高至最低水位控制线以上，使水池结构上浮。在水池设计过程中，如基础处理不合理，地基承载取值不当，未能采取有效的抗浮措施，也可导致水池上浮。

3. 防渗透问题分析

目前，大部分污水处理厂水池结构为钢筋混凝土，部分设计人员侧重于提升钢筋混凝土结构的抗渗透等级与抗压强度，通过增加水泥用量及提升混凝土强度等级的方法预防渗透^[3]。受水化热作用及混凝土收缩变形等因素影响，钢筋混凝土结构可产生裂缝，进而导致水池抗渗性能显著降低。同时，部分设计人员未依据规范要求设置水池变形缝，如外界环境条件改变，则混凝土结构无法适应变形要求，进而导致裂缝形成。在水池配筋设计过程中，设计人员未充分考虑圆形与矩形水池的差异，配筋设计不合理，导致贯穿裂缝形成。另外，设计人员未能正确选择最不利荷载组合，导致水池受到最不利荷载组合影响期间产生裂缝。部分设计方案中水池构件密度过大、锚固长度过长，导致混凝土无法达到振捣密实要求，进而导致混凝土与预埋构件间形成裂缝^[4]。在设计水池过程中，部分设计人员未充分考虑地基对水池壁混凝土结构的影响，将水池设置于坚硬度较大的基础结构上方，如外界环境条件产生变化，则池壁产生变形及裂缝。

图1 污水处理厂水池渗漏

2. 污水处理厂水池设计要点分析

1. 优化设计方案，加强校验核算

开展污水处理厂水池结构设计过程中，设计人员需实地勘察施工现场，了解所在地区的水文地质条件，结合污水处理厂水池的荷载条件完成强度演算与校验核算。如污水处理厂水池为钢筋混凝土结构，需在设计过程中验算裂缝宽度或抗裂度，针对构件大偏心受压或受拉、截面受弯等情况，也需验算裂缝宽度。预应力混凝土水池设计期间，需验算抗裂度，确定适宜的载荷组合，以确保设计质量^[5]。

2. 妥善完成污水处理厂水池结构表面材料的设计

污水处理厂随使用时间延长，污水中各类物质可对水池表面产生腐蚀作用，为此需在设计过程中充分考虑防腐问题。设计人员需结合水池实际情况，选用适宜的防腐材料，指导施工人员将材料均匀涂抹于水池表面，并妥善做好防渗设计，以预防渗漏等不良事件。

3. 优化抗上浮设计方案

污水处理厂水池上浮的主要原因为地下水的浮力作用，如地下水浮力大于水池抗浮力，则可导致水池上浮。在设计过程中，设计人员需结合所在地区实际情况验算整体抗浮稳定度。针对多格水池或存在柱子的封闭水池，需在设计过程中准确验算与柱相连的顶板与底板抗浮稳定性，并结合水池底部与周边土层状况合理选择基础垫层。在设计过程中，设计人员需综合分析评估各种影响因素，确定最为不利的荷载组合，采用实际的抗浮方法完成抗浮设计。目前广泛应用的抗上浮设计方案主要包括如下几点，第一，增加底板厚度或池壁厚度，以提升水池自重。这一方法可导致混凝土用量增加及截面增大，但可减少钢筋的总体容量，提升结构刚度。第二，利用配重增加达到最佳抗浮效果，比如在配备顶盖的水池设计中可增加覆土量或增加底板外部墙体重量，该方案主要适用范围为中小型水池，大体积水池采用该方案施工难度较大，并可影响周边管线施工，为此需通过其他方案达到最佳的抗浮效果。第三，抗拔桩或抗拔锚杆，该方案可针对性解决污水处理厂水池局部抗浮的问题，但造价偏高

^[6]。

4. 优化防渗透设计方案

污水处理厂水池渗透的原因多为混凝土结构产生裂缝或变形缝，为此需优化设计方案，针对性控制裂缝或变形缝，以避免渗透等问题。在设计过程中，设计人员需结合工程实际需求选择适宜的混凝土等级强度，严格限定每立方米混凝土水泥的总体用量，可采用活性掺合料等方式减少水泥用量，以避免水化热温差所致收缩变形，避免裂缝持续加大。在设计过程中，需合理设定沉降缝与伸缩缝，以预防外界环境变化所致应力不均匀，以预防裂缝形成。同时，在设计过程中，相同方向建议采用直径相同或近似的钢筋，以避免产生裂缝。如水池中需设置穿墙套管，需结合工程实际情况设定套管数量与位置。另外，设计人员需妥善完成钢筋混凝土结构水池的裂缝宽度与抗裂度的验算，结合水池实际情况选择适宜构造的配筋。矩形水池池壁对温度及湿度荷载敏感性较强，为避免产生贯穿裂缝，设计人员需确保单侧池壁构造配筋率达到0.15%以上。针对圆形水池，外侧池壁环向最小构造配筋率需大于0.35%，内侧需大于0.15%。在设计过程中，设计人员需综合分析各类荷载组合，确定最为不利的荷载组合，并以此为依据制定详细设计方案，进而提高设计效果^[7]。

5. 其他设计要点分析

在污水处理厂水池设计过程中，设计人员需依据工艺要求确定水池的尺寸与结构形式。常见水池结构形式主要包括矩形与圆形水池、有顶板与无顶板水池、有盖与敞口水池、有隔板与无隔板水池、单个与多格水池等。同时，在设计过程中需确定适宜的荷载组合，结构自重、土压力及池内水压力为水池常见作用荷载，在设计过程中可为采用池内满水及池外有土或池内满水及持外无土等荷载组合，以达到最佳效果。另外，在实际过程中需规范完成水池截面设计，确保底板强度与池壁强度达到要求，并严格控制工程造价。在设计过程中，相关人员可采用模型架设的方案完成设计，准确分析不同工矿荷载组合的受力状态，以提高设计方案的实际效果。

结语：

水池是污水处理厂的重要组成部分，为提高污水处理效果，需规范完成水池设计。开展污水处理厂水池设计过程中，相关人员需妥善完成抗浮、防渗透、表面材料等设计，深入调查研究施工区域的实际状况，优化调整设计方案，以确保污水处理厂在城市污水处理中发挥应有作用。

参考文献：

[1] 吴亮,赵刘杰. 污水处理厂水池细部构造渗漏问题分析[J]. 河南科技,2021,40(27):47-49.

[2] 张伟. 大型薄壁圆形(或弧形)水池混凝土浇筑施工工艺分析——以岳麓污水处理厂提标改造及扩建工程为例[J]. 黑龙江交通科技,2021,44(7):108-109,111.

[3] 韩强. 污水处理厂中水池结构设计实践研究[J]. 工程与建设,2021,35(3):450-451.

[4] 汪胜利. 市政污水处理厂水池结构设计要点分析[J]. 建材发展导向（上）,2021,19(1):167-168.

[5] 陈涛,何雨. 关于污水处理厂水池结构设计的实践分析[J]. 建材发展导向（下）,2021,19(9):48-49.

[6] 董晨,李琛骏. 市政污水处理厂水池结构设计要点探究[J]. 城市建筑,2020,17(27):92-93.

[7] 邱照舒. 市政污水处理厂水池结构设计要点探究[J]. 居业,2020(10):39-40.