朱小明

（中機十院國際工程有限公司，北京100083）

1 引言

隨著近年來國家與社會各界環(huán)保意識的逐漸提升，污水處理廠的發(fā)展進步也十分迅速，但在污水處理的過程中，受到污水排水間斷性較強且水質變化波動較大的影響，污水處理廠中必須設有足夠容量的調節(jié)池。通常情況下，污水處理廠需按照排水周期、排水濃度來儲存及混合污水，在調節(jié)池內水質水量基本調勻之后再向后續(xù)處理流程推進，但這對調節(jié)池的要求相對極高，若想最大限度地發(fā)揮調節(jié)池的效果，預應力設計水平與施工質量就必須要得到保證。

2 工程概況

以50 000t/d大型污水處理項目為例。本工程包括多個圓形水池與矩形水池，UASB厭氧池沉淀池與射流曝氣池、沉淀池等為前者的主要構成部分，而矩形水池則以事故調節(jié)池、一段好氧池以及UASB厭氧池、消毒池等為主。因為上述污水池長寬尺寸均較大，儲水水位相對來講也極高，一旦外部荷載超過正常水平，就極易導致裂縫出現，進一步引發(fā)滲漏。為降低水壓力、水溫與混凝土收縮產生的影響，使池壁與池底混凝土的裂縫問題得到規(guī)避，施工人員可在圓形水池池壁中配置環(huán)向預應力筋，在矩形水池中配置無黏結預應力筋，在池頂拉梁中配置黏結預應力筋。由于污水處理廠須處理的污水量較多，對處理效率的要求也比較高，因此，本文以體量較大的調節(jié)池預應力設計與施工為基點展開研究，確保污水處理效果能真正得利提升。

3 調節(jié)池設置的關鍵點

3.1 泵前調節(jié)

對于調節(jié)池設置工作而言，泵前調節(jié)是十分常見且有效的調節(jié)方式。在進水提升泵設置之前，技術人員通常會采取與提升泵集水池合建的方法，但與此同時，若想充分發(fā)揮這種布置方式的效果，相關人員也要掌握其使用時的關鍵點。受到污水處理廠進水管埋深較大的影響，調節(jié)池通常都須采取地下式。經實踐證明，其在集水池最高設計水位下池容的調節(jié)效果最好。但這種方法也存在一定的弊端，池中最高水位之上的池容，都屬于無效池容，進水管道埋深較大的情況下利用率低相對更低，同時污泥清除難度大、成本高、土建構造復雜等，也都是其顯著缺點；優(yōu)勢則主要體現在這種方式能確保污水一次提升到位，且運行管理難度較低，能耗與運行費用較少。

3.2 泵后調節(jié)

泵后調節(jié)主要是以泵前調節(jié)弊端為基點提出的，其具備土建成本低、排泥便捷、構造簡單等優(yōu)勢。這種調節(jié)池出水方式主要有以下2種：（1）采取泵后高位調節(jié)的方式，實現后續(xù)處理構筑物的重力流運行，但這種方式相對而言對調節(jié)水量與穩(wěn)定出流的作用不明顯，因此，在污水處理廠中并不常見；（2）通過調節(jié)池后設置二次提升泵，能有效調節(jié)水量并為穩(wěn)定出流提供保證，弊端則在于二次提升會增加運行費用與能耗[1]。

4 污水處理廠調節(jié)池的預應力設計

4.1 有限元模型

首先，此調節(jié)池的長、寬、高，分別為120m、126m、8.9m，規(guī)格為矩形多格有蓋半地下式水池，框架柱間距9m，正方形布置。此水池已在池壁設置扶壁柱，在池頂設置圈梁與拉梁，且水池工作條件長期為50～80℃。此污水調節(jié)池由于抗浮問題設置了抗拔樁基礎，底板與池壁厚度分別為600mm、350～500mm變截面，混凝土強度為C40，鋼筋為HRB400。其次，技術人員需注重合理選擇單元，調節(jié)池樁基礎、扶壁柱以及拉梁，均以beam188單元為主，shell63單元則主要應用于池壁。本調節(jié)池最大的問題是進水溫度過高，對裂縫影響很大，按常規(guī)現澆結構設計，單立方混凝土的含筋量超過210kg，極大地增加了建設成本，故考慮采用預應力的結構設計方案。

4.2 預應力設計

本工程為一級抗裂控制，即在荷載效應標準組合下，拉應力是不允許出現的。站在污水處理廠調節(jié)池結構體系的角度上來看，其中采取的預應力筋與鋼絞線，規(guī)格分別為1 860MPa與15.2mm。若根據30%來計算調節(jié)池壁中的預應力損失，則會得出每束預應力筋有效張拉力為137kN的結果。除此之外，技術人員還應將裂縫控制條件作為根據，得出預應力筋的數量，最終按照預應力計算出非預應力的面積。

由于此污水調節(jié)池屬于超長結構，在溫度、水壓力以及混凝土收縮等因素的長期作用下，產生裂縫的概率也會大幅增加。因此，技術人員還要明確以下幾點內容：（1）底板與池壁交接部分即為底板拉應力最大的位置；（2）底板與池壁交接的內側，是豎向應力最大的位置；（3）底板交接處柱內側為扶壁柱拉應力最大的位置；（4）拉梁與柱交接部分是拉梁與圈梁拉應力最大的位置。除此之外，技術人員還應將水池在各種條件下變形與受力特征充分考慮在內，使用直線方法來布置調節(jié)池底板、中扶壁柱與中池壁中的預應力筋，同時應采取曲線方式來布置邊扶壁柱、邊池壁以及拉梁與圈梁中的預應力筋，注意形狀應接近于彎矩圖矢量[2]。

5 水池預應力施工的注意事項

在案例工程中，由于池底、壁以及扶壁柱與拉梁、圈梁等構件，都需要進行預應力的合理施加。因此，應注重預應力時各構件間不均勻變形的情況。實踐證明，若張拉方案設置不夠科學合理，就會提高張拉過程中意外事故出現的概率，因此，技術人員必須對調節(jié)池的受力特征充分考慮，并遵循以下張拉原則：

1）對稱性原則預應力筋的張拉過程，是結構的受荷過程，預應力筋合力作用點上的混凝土會在一定程度上受到壓迫，此時若想減小外荷載作用下的彎矩作用，預應力張拉就會使截面部位出現拉應力，在結構出現扭轉等不利應力的情況下，預應力筋的布置工作基本會遵循對稱均勻的原則。

2）張拉施工為4個步驟，分別是澆筑池底—池壁—扶壁柱—澆筑拉梁。為確保結構受力的均勻性，由預應力次內力產生的消極作用必須采取有效措施減弱，盡量減少張拉所用的時間。與此同時，技術人員在進行張拉時，應依照底板、扶壁柱、池壁與拉梁的順序，在混凝土強度與設計強度相符時，進行張拉。

3）至少應將預應力筋張拉分成2級，這是結構受力均勻性得以保證的關鍵。在混凝土整體結構未完善前，在強度符合張拉標準之后，技術人員應先對部分預應力筋進行張拉，在形成整體結構的基礎上，再張拉余下的預應力筋，在重新分布結構內力的情況下，達成不均勻變形減弱的目的[3]。

6 結語

綜上所述，調節(jié)池的預應力設計與施工質量，對污水處理廠日常運行而言意義非凡。在工段與時間不同的情況下，所排放的污水也有極大的差別，若出現操作不正常或者是出現設備泄漏的狀況，污水水質還會急劇惡化，水量相較惡化之前也會大幅增加，遠超出污水處理設備的正常水平。這種情況下，污水處理廠就可以在污水進入處理主體前，先將其向調節(jié)池導入，從而達成均和調節(jié)的目的，在水量與水質都趨于穩(wěn)定的情況下，為后續(xù)水處理系統的正常運行提供更好的操作環(huán)境。