【摘要】污水處理廠構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計，將會直接影響水池的安全性和經(jīng)濟性，更會對污水處理效果產(chǎn)生直接影響?；诖?，本文以優(yōu)化污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計方案為目標(biāo)，對污水處理廠的構(gòu)筑物類型和傳統(tǒng)的抗浮措施進行了概述，并分析了新型抗浮設(shè)計方案的原理、思路和特點，還基于實際工程案例論述了污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計方案和成效。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠;構(gòu)筑物;抗浮設(shè)計;設(shè)計思路

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.177

為避免污水處理池上浮，有效開展抗浮設(shè)計至關(guān)重要。隨著污水處理廠業(yè)務(wù)范圍的擴大，傳統(tǒng)的構(gòu)筑物抗浮方法漸漸難以滿足實際需要，引入新的抗浮原理和思路開展抗浮方案優(yōu)化設(shè)計勢在必行。為此，相關(guān)工作人員應(yīng)該著眼于污水處理廠構(gòu)筑物的抗浮設(shè)計要求，制定更加妥善、科學(xué)的抗浮設(shè)計方案。

1、污水處理構(gòu)筑物

所有具備、包含或提供人類居住功能的人工建筑物可以被稱為構(gòu)筑物，構(gòu)筑物在各種工廠和施工場地當(dāng)中十分常見。在污水處理廠當(dāng)中，用于開展污水處理的非居住型建筑物就被稱為污水處理構(gòu)筑物。比如，污水處理廠當(dāng)中的格柵、沉淀池、曝氣池、污泥消化池等都屬于污水處理構(gòu)筑物，它們將會在各個污水處理單元當(dāng)中發(fā)揮載體作用，為實現(xiàn)高質(zhì)量的污水處理奠定基礎(chǔ)。

2、構(gòu)筑物抗浮設(shè)計優(yōu)化策略

污水處理廠的水池構(gòu)筑大多為埋地式結(jié)構(gòu)，所以水質(zhì)的穩(wěn)定性和安全性深受地下水位的影響，為避免出現(xiàn)水池上浮情況必須對其進行抗浮處理。而隨著抗浮設(shè)計要求和技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)抗浮設(shè)計措施已然無法滿足污水處理廠的實際需要，引入新的抗浮設(shè)計方案已經(jīng)是大勢所趨。

2.1傳統(tǒng)抗浮措施

在以往的污水處理廠抗浮設(shè)計工作中，設(shè)計人員可以根據(jù)建筑環(huán)境和構(gòu)筑物的形態(tài)來選擇抗浮措施。在這一工程中，較為常見的抗浮設(shè)計方案為錨桿抗浮、觀察井抗浮、抗拔樁抗浮、降水抗浮和配重抗浮。

第一，錨桿抗浮。錨桿抗浮是一種最為常見的抗浮方法，錨桿的穩(wěn)固性、安全性和耐久性將會直接影響抗浮成效。施工前需做好試驗工作，而施工過程中也必須使用專門機械，并有效規(guī)避斷桿、鋼筋偏移、灌漿未飽滿和地下水侵蝕等問題，在使用環(huán)節(jié)受限頗多。

第二，觀察井抗浮。使用時需觀察地下水的低水位，從而根據(jù)地下水位高低決定能否排空水池實現(xiàn)抗浮。此種抗浮方式前期投入較少，經(jīng)濟性較好，但該方法的檢修和管理工作成本較高，時間不靈活且操作較為復(fù)雜，如出現(xiàn)管理不當(dāng)非正常排空，將會引發(fā)抗浮安全事故。

第三，抗拔樁抗浮。應(yīng)用這種抗浮設(shè)計，必須合理控制抗拔樁之間的距離，和樁端位置，以免造成底板加厚或樁體不穩(wěn)。合理布設(shè)抗拔樁將提升污水處理廠構(gòu)筑物的整體抗浮能力，該方法的應(yīng)用十分廣泛，屬于常規(guī)技術(shù)。

第四，降水抗浮。降水抗浮設(shè)計環(huán)節(jié)，必須合理設(shè)計反濾層，以免出現(xiàn)因反濾層堵塞而引發(fā)的水位難以下降情況。只有保證水位降至底板下，才能避免構(gòu)筑物整體上浮風(fēng)險。

第五，配重抗浮。這種抗浮方法的原理是基于配重混凝土與底板連接，實現(xiàn)有效抗浮。在實踐工作中所需的埋深較大，常出現(xiàn)經(jīng)濟成本高和基底壓力大問題，甚至容易造成地基變形。

2.2新型設(shè)計方案

為了有效解決傳統(tǒng)抗浮設(shè)計的成本、管理、施工問題，相關(guān)工作人員可以在開展污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計時，引入壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)。

2.2.1原理

這種抗浮方法的原理十分簡單，就是基于構(gòu)筑物內(nèi)外液位壓差來實現(xiàn)有效抗浮。污水處理廠的構(gòu)筑物主要是水池，在應(yīng)用壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)時，可于池底安裝多個單向定壓抗浮閥，當(dāng)池體排空時地下水壓力超過設(shè)定值就會使抗浮閥自動打開，則地下水會進入池中平衡壓力，進而實現(xiàn)有效抗浮[1]。

2.2.2思路

在進行污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)基于地下水位勘探結(jié)果開展方案設(shè)計。為確定定壓抗浮閥的應(yīng)用數(shù)量和布設(shè)位置，必須充分考慮導(dǎo)流墻、伸縮縫、變截面等因素，并且在此基礎(chǔ)上合理布設(shè)盲溝以及觀察井。同時，設(shè)計人員還需要做好地質(zhì)勘查和標(biāo)高、長度測定，從而確定反濾層的厚度以及其標(biāo)高。

2.2.3特點

壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)的技術(shù)特點鮮明，可基于不同的地下水位以及水流特性來靈活開展定壓抗浮閥閥芯的設(shè)計。而且，該技術(shù)的應(yīng)用可彌補傳統(tǒng)抗浮設(shè)計的成本高、管理難和操作復(fù)雜缺陷，將會大幅提高構(gòu)筑物的抗浮安全性、經(jīng)濟性和耐久性，可為保障構(gòu)筑物穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

3、污水廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計案例分析

3.1工程概況

某城市內(nèi)有河流流經(jīng)，該市的污水處理廠建在河流交界處。廠內(nèi)建立多個污水處理構(gòu)筑物，多級A/O除磷脫氮工藝池的結(jié)構(gòu)都屬于鋼筋混凝土構(gòu)筑物。污水處理池的容積為38057m?，埋深為3.5m且地面標(biāo)高為1865.8m（設(shè)計值）。同時，在這一污水處理廠建設(shè)區(qū)域內(nèi)存在地下水，高度約為1858.9m。經(jīng)設(shè)計，將A/O池身尺寸設(shè)定為70m×88.2m×6.49m，抗浮設(shè)計水位為1.3m（地面下）。

3.2設(shè)計方案

為做好污水處理廠的構(gòu)筑物抗浮設(shè)計，相關(guān)工作人員必須做好抗浮驗算、閥門數(shù)量位置設(shè)計、濾層和盲溝布置以及土工布和觀測井布置。

3.2.1設(shè)計數(shù)據(jù)驗算

設(shè)計人員應(yīng)在開展設(shè)計前做好信息與數(shù)據(jù)采集工作，并且基于已掌握信息開展構(gòu)筑物局部抗浮驗算。驗算A/O池的局部抗浮數(shù)據(jù)時，可選用以下公式：

在公式當(dāng)中，Gk與F分別代表單位面積內(nèi)的構(gòu)筑物底板的重力和地下水浮力，單位都為kN/m2;和分別代表鋼筋混凝土容重和地下水比重，單位都為kN/m?;t和HB分別代表池體的底板厚度與地下水高度，單位都為m;和Kf則分別代表可變荷載的分項系數(shù)與抗浮設(shè)計系數(shù)，后者的系數(shù)值若超過1.05則表示抗浮設(shè)計符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2抗浮閥設(shè)計

為有效確定定壓抗浮閥的使用數(shù)量和布設(shè)位置，設(shè)計人員應(yīng)該從實際出發(fā)，充分分析定壓抗浮閥的使用性能、導(dǎo)流墻的間距、底板半截面距離以及池內(nèi)的突出井位置等干擾因素[2]。經(jīng)過實踐分析，本次案例工程中共需設(shè)計117個定壓抗浮閥;且它們與導(dǎo)流墻之間的平行和垂直間距應(yīng)該保持在5.5m-7.5m和6-9m之間。

3.2.3濾層布置

布置碎石濾層時，設(shè)計人員應(yīng)該就有地質(zhì)勘查報告來進行合理設(shè)計。報告顯示，污水處理廠的地下共4層，自下而上分別為粘土層、粉質(zhì)黏土層和雜填土層。在設(shè)計碎石濾層時，相關(guān)工作需確保粉質(zhì)黏土層為構(gòu)筑物基底，能夠在底板下設(shè)置厚度為0.3m的碎石濾層和土工布濾層。

3.2.4盲溝與土工布布設(shè)

設(shè)計和布置盲溝的目的在于提高地下水疏通質(zhì)效，保障抗浮設(shè)計科學(xué)性。因此，在設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)合理調(diào)整盲溝數(shù)量、間距以及尺寸。比如，以18m為間距設(shè)計長向盲溝，以19m為間距設(shè)計短向盲溝，保證所有盲溝的尺寸均為1.5m寬和0.5m深。而在布設(shè)土工布時，應(yīng)該著眼于黏土土質(zhì)，以避免土粒堵塞反濾層為目標(biāo)布置土工布。比如，在濾層與地基之間布置優(yōu)質(zhì)土工布，規(guī)避土粒的流動和堵塞風(fēng)險。

3.3設(shè)計成效

此次設(shè)計需要應(yīng)用到的主要材料為混凝土、鋼筋、土工布、碎石濾層、定壓抗浮閥和放空閥門，所需基礎(chǔ)材料約為36萬元;若在同等條件下以抗拔樁抗浮設(shè)計方案施工，則需要使用大量混凝土與鋼筋來制作樁基、承臺，施工材料費用將達到498萬元。相比之下，基于壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)而開展的污水處理廠構(gòu)筑物抗浮設(shè)計，可有效減少施工成本[3]。而且，壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)的應(yīng)用，還將減少工作人員的施工壓力和管理難度，能夠大幅提升抗浮設(shè)計工作質(zhì)效。

結(jié)論：

總而言之，將壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)引入污水處理廠的構(gòu)筑物抗浮設(shè)計當(dāng)中，能有效解決傳統(tǒng)抗浮方法的成本高、難度大、管理復(fù)雜問題，也將會讓構(gòu)筑物的抗浮效果得到提升。在實踐工作當(dāng)中，相關(guān)人員必須明確壓差式自動安全抗浮系統(tǒng)的應(yīng)用原理和特點，結(jié)合工程實際要求做好方案設(shè)計工作。

參考文獻：

[1]龔玉鋒.全地下污水處理廠抗浮設(shè)計要點分析[J].水利建設(shè)與管理，2020，40（08）：20-24.

[2]程藝.污水處理廠大型池體構(gòu)筑物的抗?jié)B防裂施工技術(shù)及質(zhì)量控制[J].中國建設(shè)信息化，2019（15）：66-67.

[3]李著策，周韜，張躍.鋼筋混凝土水池抗浮設(shè)計方案的分析及比較[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（S1）：119-123.

作者簡介：

謝正（1984-），男，安徽六安人，畢業(yè)于安徽建筑工業(yè)學(xué)院土木工程專業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，工程師，專業(yè)方向：建筑工程。