薛線妮

（遵義眾惠工程檢測(cè)有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563000）

0 引言

在污水處理領(lǐng)域，構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和人口的持續(xù)增長(zhǎng)，污水處理設(shè)施的需求日益迫切。在設(shè)計(jì)污水處理構(gòu)筑物時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是至關(guān)重要的考慮因素，不僅涉及構(gòu)筑物的抗壓、抗震、抗風(fēng)等力學(xué)性能，還包括對(duì)于污水處理工藝的支撐和保護(hù)。因此，本文提出了一套全面而有效的污水處理構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方案，綜合考慮了材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝等多方面因素，旨在提高構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性。

污水處理構(gòu)筑物作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，近年來隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升和污水治理技術(shù)的不斷進(jìn)步，受到了廣泛關(guān)注，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)系到污水處理的效率和環(huán)境保護(hù)的效果。當(dāng)前，污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)，學(xué)者們?cè)诓牧线x擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝等方面進(jìn)行了大量探索和實(shí)踐。例如，根據(jù)王曉義[1]（2024）的研究，城市污水處理廠擴(kuò)容池體接縫施工技術(shù)方面的探討，認(rèn)為在污水處理廠擴(kuò)容工程中，池體接縫施工技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。李貴[2]（2023）的研究提到了墊襯法在市政雨污水管道修復(fù)工程中的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了該方法的有效性和實(shí)用性。李楠[3]（2022）提出了一些設(shè)計(jì)原則和策略，用以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的意外情況。綜合以上文獻(xiàn)的內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)在污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。王曉義的研究指出了在污水處理廠擴(kuò)容工程中，池體接縫施工技術(shù)的重要性，而李貴的研究則為市政雨污水管道的修復(fù)提供了一種新的方法。李楠的研究則提供了針對(duì)事故水池設(shè)計(jì)的一些策略和思路。在這些研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)出在污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，需要充分考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，采用先進(jìn)的施工技術(shù)和修復(fù)方法，以應(yīng)對(duì)各種可能出現(xiàn)的問題和意外情況。

1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與污水處理構(gòu)筑物優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性

1.1 確保構(gòu)筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的構(gòu)筑物，能夠抵御各種自然和人為因素帶來的挑戰(zhàn)，如地震、風(fēng)雨侵蝕、水流沖擊等，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以確保構(gòu)筑物的各個(gè)部件之間連接緊密、牢固，能夠承受住各種外力的考驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)還能夠提高構(gòu)筑物的抗腐蝕性和耐久性，減少因材料老化或環(huán)境因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞，這樣構(gòu)筑物就能夠長(zhǎng)期保持其穩(wěn)定性和功能性，為污水處理的持續(xù)運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障。在污水處理過程中，構(gòu)筑物內(nèi)部往往承載著大量的污水和污泥，這些物質(zhì)具有一定的腐蝕性和毒性，如果構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，就可能出現(xiàn)泄漏、坍塌等安全事故，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，甚至對(duì)人員的生命安全構(gòu)成威脅。因此，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可以確保構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密封性，防止污水和污泥的泄漏和溢出，還可以優(yōu)化構(gòu)筑物的通風(fēng)和采光設(shè)計(jì)，改善工作環(huán)境，減少安全隱患，確保建筑物能夠在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行，為污水處理工作的順利進(jìn)行提供有力的保障。

1.2 提高污水處理效率與效果

科學(xué)規(guī)劃，構(gòu)筑物內(nèi)部空間布局、水流通道、沉淀區(qū)域，可確保污水在構(gòu)筑物內(nèi)的流動(dòng)更加順暢，減少因結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致的流速減緩或渦流現(xiàn)象。順暢的水流意味著污水中的污染物能更快地與處理介質(zhì)接觸并發(fā)生反應(yīng)，從而提高了處理效率，穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)還能減少構(gòu)筑物在運(yùn)行過程中的振動(dòng)和變形，保持處理設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致的處理效率下降。優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)布局上，更包括材料選擇、工藝參數(shù)設(shè)置等多個(gè)方面，通過選用耐腐蝕、耐磨損的材料，可以延長(zhǎng)構(gòu)筑物的使用壽命，減少因材料老化導(dǎo)致的處理效果下降，在工藝參數(shù)設(shè)置上，通過精確計(jì)算和實(shí)踐驗(yàn)證，找到最佳的處理?xiàng)l件，如pH 值、溫度、曝氣量等，最大程度發(fā)揮處理工藝的效能。優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以考慮引入先進(jìn)的處理技術(shù)和設(shè)備，如生物膜技術(shù)、膜分離技術(shù)等，這些新技術(shù)和設(shè)備的引入能夠顯著提高污水處理的效率和質(zhì)量，使出水水質(zhì)更加穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)率更高。

1.3 降低建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的構(gòu)筑物，在建設(shè)過程中能夠減少材料浪費(fèi)和施工難度，通過精確計(jì)算和模擬分析，可以在設(shè)計(jì)階段就優(yōu)化構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)布局和受力體系，確保在滿足功能需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)材料的最優(yōu)利用，不僅降低了材料成本，還減少了施工過程中的返工和修復(fù)工作，節(jié)省了人力和時(shí)間成本，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的構(gòu)筑物在使用過程中更加安全可靠，減少因結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致的安全事故和維修費(fèi)用，降低建設(shè)成本。通過精確計(jì)算和模擬分析，可以在設(shè)計(jì)階段就找到最優(yōu)化的處理工藝和參數(shù)設(shè)置，使構(gòu)筑物在運(yùn)行過程中更加高效節(jié)能，例如，通過優(yōu)化水流通道和曝氣裝置的設(shè)計(jì)，減少能耗和藥耗，降低運(yùn)行成本，同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以考慮引入智能化管理系統(tǒng)和自動(dòng)化控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)筑物運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能調(diào)控，提高運(yùn)行效率并降低成本，延長(zhǎng)構(gòu)筑物的使用壽命和維護(hù)周期，減少維護(hù)費(fèi)用，降低運(yùn)營(yíng)成本。

2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.1 材料選擇與優(yōu)化

從材料的物理性能來看，需要選擇具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐磨損、耐老化等特性的材料，這些特性能夠確保構(gòu)筑物在長(zhǎng)期的污水環(huán)境中，依然能夠保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性，高性能混凝土在污水處理構(gòu)筑物中的應(yīng)用情況如表1 所示。例如，高性能混凝土就是一個(gè)很好的選擇，它具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能，能夠有效抵抗污水中的化學(xué)物質(zhì)的侵蝕；還可以通過優(yōu)化混凝土的配合比和添加特殊的摻合料，提高其性能。

表1 高性能混凝土在污水處理構(gòu)筑物中的應(yīng)用情況

除了物理性能外，還需要考慮材料的環(huán)保性能，隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)也需要更加注重環(huán)保，因此，應(yīng)優(yōu)先考慮那些環(huán)保性能好的材料，如可回收、可降解的材料，這些材料不僅能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，還能夠降低構(gòu)筑物的運(yùn)營(yíng)成本。例如，使用某些新型環(huán)保型復(fù)合材料，不僅具有優(yōu)異的物理性能，而且在使用完畢后還可以進(jìn)行回收和再利用，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。在考慮環(huán)保性能的情況下，設(shè)計(jì)材料選擇指標(biāo)（MCI），計(jì)算方式如公式（1）所示：

其中：MCI 為環(huán)保性能綜合指數(shù)；R 為可回收性能評(píng)分；D 為可降解性能評(píng)分；C 為運(yùn)營(yíng)成本評(píng)分；L 為壽命周期評(píng)分。該公式綜合考慮了可回收性、可降解性以及運(yùn)營(yíng)成本等因素，使材料選擇更加全面和環(huán)保。優(yōu)化材料的使用方式也是提高構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要手段，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少材料的使用量，提高材料的利用率。例如，在構(gòu)筑物的關(guān)鍵部位，采用加強(qiáng)筋或預(yù)應(yīng)力等方式，來提高結(jié)構(gòu)的承載能力。還可以優(yōu)化施工工藝，減少施工過程中的材料浪費(fèi)和損耗，降低構(gòu)筑物的建設(shè)成本，能夠提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

引入先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法，提升構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往過于保守，過于依賴經(jīng)驗(yàn)公式和靜態(tài)分析方法，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的受力條件和環(huán)境因素，借助有限元分析、拓?fù)鋬?yōu)化等先進(jìn)的計(jì)算方法和軟件工具，對(duì)構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確建模和仿真分析，考慮結(jié)構(gòu)在多種荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和變形情況，發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)；還可以借鑒其他領(lǐng)域的先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，如航空航天、橋梁工程等，將其應(yīng)用于污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)中，提升其結(jié)構(gòu)性能和穩(wěn)定性，先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法在污水處理構(gòu)筑物中的應(yīng)用情況如表2 所示。

表2 先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法在污水處理構(gòu)筑物中的應(yīng)用情況

采用新型的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造方式，增強(qiáng)構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的污水處理構(gòu)筑物往往采用簡(jiǎn)單的梁板柱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式單一，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的受力需求，可嘗試采用新型的結(jié)構(gòu)形式，如空腹結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)等，這些結(jié)構(gòu)形式能夠更好地承受復(fù)雜荷載和變形要求；還可以通過改進(jìn)節(jié)點(diǎn)的連接方式、增加支撐構(gòu)件等措施，提高構(gòu)筑物的整體剛度和穩(wěn)定性，提升構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)性能，降低其建設(shè)成本和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。以空腹結(jié)構(gòu)為例，以其獨(dú)特的受力機(jī)制和優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，在污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，這種結(jié)構(gòu)形式通過合理布置空腹梁、空腹板等構(gòu)件，形成一個(gè)連續(xù)、穩(wěn)定的空間受力體系，能夠有效分散和承受來自各個(gè)方向的荷載。某污水處理廠的處理池采用了空腹結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該處理池長(zhǎng)50m，寬30m，深6m，需承受來自水體、設(shè)備、土壤等多方面的復(fù)雜荷載。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)受力分析和計(jì)算，確定了空腹梁和空腹板的尺寸、數(shù)量和布置位置，通過專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了模擬分析和優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)在承受復(fù)雜荷載時(shí)能夠保持穩(wěn)定。實(shí)際施工過程中，采用預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)場(chǎng)拼裝的方式，提高施工效率和質(zhì)量，并對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和連接部位進(jìn)行了特殊處理，確保結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用和監(jiān)測(cè)，該處理池在投入使用后表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力，與傳統(tǒng)的梁板柱結(jié)構(gòu)相比，空腹結(jié)構(gòu)在處理池的變形控制、裂縫開展等方面均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，為污水處理廠的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

2.3 地基處理與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于污水處理構(gòu)筑物通常建設(shè)在地質(zhì)條件復(fù)雜、土壤承載力較低的地區(qū)，因此，地基處理顯得尤為重要，應(yīng)通過地質(zhì)勘探，詳細(xì)了解地下土層的分布、性質(zhì)以及潛在的不良地質(zhì)現(xiàn)象，根據(jù)勘探結(jié)果，制定針對(duì)性的地基加固方案，污水處理構(gòu)筑物地基處理情況如表3 所示。例如，對(duì)于軟土地區(qū)，采用樁基加固法，通過打入或鉆孔灌注的方式，將樁身深入到承載力較好的地層中，提高地基的整體穩(wěn)定性；還可以結(jié)合土壤改良技術(shù)，如添加固化劑、排水固結(jié)等，改善土壤的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)其承載能力，有效提高地基的穩(wěn)定性，夠降低構(gòu)筑物因地基問題而產(chǎn)生的沉降、變形等風(fēng)險(xiǎn)[4]。

表3 污水處理構(gòu)筑物地基處理情況

傳統(tǒng)的污水處理構(gòu)筑物基礎(chǔ)通常采用條形基礎(chǔ)或獨(dú)立基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)形式雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但在面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件和較高的承載力要求時(shí)，往往顯得力不從心。擴(kuò)大基礎(chǔ)是一種更為靈活和高效的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，通過在構(gòu)筑物底部設(shè)置較大的承臺(tái)，將上部結(jié)構(gòu)的荷載分散到更大的面積上，降低對(duì)地基承載力的要求，還能根據(jù)地質(zhì)條件的變化進(jìn)行靈活調(diào)整，如改變承臺(tái)的形狀、尺寸和埋深等，適應(yīng)不同地層的承載特性，提高構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，簡(jiǎn)化施工工藝、降低建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏[5]。

2.4 荷載分析與抗震設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的荷載分析往往只考慮構(gòu)筑物自身的重量和常規(guī)的活荷載，然而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，污水處理構(gòu)筑物還會(huì)受到多種復(fù)雜荷載的作用，如風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等，對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行全面的荷載分析，充分考慮各種可能的作用力，結(jié)合構(gòu)筑物的實(shí)際使用情況，對(duì)荷載進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，污水處理構(gòu)筑物全面荷載情況如表4 所示。例如，在污水處理過程中，構(gòu)筑物的內(nèi)部水位會(huì)發(fā)生變化，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外的壓力，需要根據(jù)水位的變化情況，對(duì)荷載進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，確保構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[6]。

表4 污水處理構(gòu)筑物全面荷載情況

地震是一種不可預(yù)測(cè)的自然災(zāi)害，對(duì)污水處理構(gòu)筑物的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，需要在設(shè)計(jì)中充分考慮地震的作用，采取有效的抗震措施。例如，采用隔震技術(shù)，設(shè)置隔震層或隔震支座，減少地震對(duì)構(gòu)筑物的直接影響，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，合理布置梁、柱、板等構(gòu)件，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，提高構(gòu)筑物的抗震性能；還應(yīng)關(guān)注新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，如高性能混凝土、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，這些新材料具有更好的抗震性能，有效提高構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[7]。

3 結(jié)論

在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)方面的研究中，本文深入探討了構(gòu)筑物設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和污水處理效率的重要性，通過確保構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高污水處理效率與效果，以及降低建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本，得到以下主要結(jié)論：

（1）材料選擇與優(yōu)化是確保構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，需要考慮材料的耐久性、抗腐蝕性和負(fù)載承受能力等因素；

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新可以提高構(gòu)筑物的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，采用新型設(shè)計(jì)方案和技術(shù)可以有效減少結(jié)構(gòu)材料的使用量和減輕污染物對(duì)構(gòu)筑物的腐蝕；

（3）地基處理與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是確保構(gòu)筑物穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，需要根據(jù)地質(zhì)條件和環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行合理的地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，確保構(gòu)筑物能夠承受外部荷載和地震力的影響；

（4）荷載分析與抗震設(shè)計(jì)是保障構(gòu)筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，需要對(duì)污水處理構(gòu)筑物所承受的各種荷載進(jìn)行準(zhǔn)確分析，并采取有效的抗震設(shè)計(jì)措施，以確保構(gòu)筑物在地震等極端情況下不發(fā)生破壞。

這些結(jié)論對(duì)于指導(dǎo)污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)和建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義，有助于提高構(gòu)筑物的安全性、穩(wěn)定性和處理效率，推動(dòng)污水處理技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新。