有关污水处理池的抗浮设计研究

2022-09-11

一、引言

随着社会经济的发展, 水资源被大量利用, 从而也产生了许多污水处理的问题。污水处理池设计时必须考虑水池构造物的抗浮措施, 抗浮方案选择的科学合理, 会对污水处理池结构受力, 以及工程造价产生较大影响。本文对有关污水处理池的抗浮设计进行研究和探讨, 不足之处, 敬请指正。

二、水池上浮的原因分析

污水处理池发生水池上浮的原因, 无外乎以下三个因素: (1) 设计方面, 水池在设计时忽略了水池的抗浮措施, 或者是考虑了但是抗浮验算不足, 采取的措施不科学。 (2) 施工方面, 污水处理池在施工过程中忽略了抗浮措施, 排水系统发生故障, 施工后未进行填土, 或者是水池顶板未进行覆土。 (3) 使用方面, 污水处理池在使用过程中破坏了抗浮措施, 或者是水池顶部覆土、排水系统等。

以上水池上浮的原因, 必须在水池设计、施工以及使用过程中综合考虑, 根据工程实际情况对抗浮措施进行合理选择, 并严格按照施工要求, 确保抗浮措施能够发挥作用。

三、抗浮稳定性方法

常见的污水处理池有三类, 敞开式半地下、敞开式地下、封闭式地下, 污水处理池的稳定性要符合相关设计标准, 抗浮标准荷载不能小于1.05倍标注浮托力, 抗浮标准荷载有三部分组成, 包括池体自重、外挑部分及土自重、池顶覆土重量。污水处理池抗浮稳定性方法主要有以下几个种类:

1. 自重抗浮

自重抗浮是指池体本身的自重来抗浮, 这种方法安全可靠, 然而自重增大较多时不经济。

2. 配重抗浮

配重抗浮是指在水池底部位置进行填土或者砌体, 或者是用块石混凝土, 以此增大水池的重量。

3. 锚固抗浮

锚固抗浮分为锚杆抗浮和工程桩抗浮。锚杆抗浮是利用锚杆和基岩的摩擦力, 实现水池抗浮, 要求是池底基岩较为坚固;如果池底没有较厚的基岩, 需要利用工程桩才能实现抗拔力, 一般是预制混凝土桩, 施工质量容易控制。

4. 人工降排水法抗浮

人工降排水法抗浮是利用在池底进行一定厚度的砂石滤水层的设置, 并进行盲沟和井点降排水系统的设置, 以此促进地下水位降低, 从而实现水池抗浮。这种方法具有一定的局限性, 仅适合污水处理池埋深比较浅, 而且地下水位较低时才适用。

四、实例分析

1. 工程概况

某市污水处理厂二沉池工程, 对水池抗浮设计方案进行选择和比较。工程地质情况如下, 第一层为粉质黏土层, fak=160k PA, 厚度为1.2米;第二层为粘土混姜石层, fak=180k Pa, 厚度为2米;第三层为黏土层, fak=200k Pa, frb=28k Pa, 厚度不下于10米。地下水抗浮设计水位是场地设计地面下1.4米。

二沉池是内径为42米的圆形锥底水池, 水池底面埋深为4米左右, 地上部分高度为1.6米, 池体自重为27000k N, 浮力为39000k N。

2. 设计方案

针对二沉池的抗浮设计, 分别进行压重抗浮设计、打抗拔桩抗浮设计以及打土层锚杆抗浮设计, 并对抗浮方案进行分析和比较。

(1) 压重抗浮

压重抗浮是结合了池内自重以及水池四周外挑墙址上压重的方式, 在池底进行找平处理后, 进行毛石混凝土的填筑, 除此之外在底板外挑墙址处进行分层压实填土。

本方法经过分析和计算, 得知需要增加工程量, 具体详情如下所示:

池壁增加钢筋混凝土重G'1=1096k N;

池内填筑毛石混凝土重G2=25400k N;

池壁外挑墙址上土重G4=1950k N;

总浮力=53000k N;

总抗浮力G=55 906 k N;

抗浮稳定性验算∑G/F'=55906/53000=1.054>1.05, 因此满足设计要求。

(2) 打抗拔桩抗浮

打抗拔桩抗浮是利用D400预应力混凝土管桩, 弧度为95mm, 桩长度为10米, 单桩抗拔力设计值N1=200k N。

也就是说总共需要桩数为 (1.05F-G) =69根, 经布桩后取72根。

总浮力∑G=G1+72N1=41900k N;

抗浮稳定性验算∑G F=41900/39280=1.07>1.05, 因此满足设计要求。

(3) 打土层锚杆抗浮

打土层锚杆抗浮是利用长度为8米的锚杆, 直径在150mm, 锚固体是型号为M30的水泥砂浆, 杆体是采用螺纹钢筋。

锚杆抗拔力设计值

总共需要锚杆数量为

(1.05F-G) /81= (39280×1.05-27500) /81=170根;

总抗浮力∑G=G1+170N1=41280k N;

抗浮稳定性验算∑G F=41280/39280=1.051>1.05满足设计要求。

3. 抗浮设计方案技术经济性对比

按照有关数据进行对比分析, 得知污水处理池的平面尺寸, 及其浮力比较大, 自重不大, 自重和地下水浮力之间共相差30%, 因此采用压重抗浮的方式会导致工程造价剧增, 不符合工程设计经济合理的原则。采用打抗拔桩, 或者土层锚杆抗浮的方式比较合适, 特别是土层锚杆仅需要增加投资八万元, 然而土层锚杆施工法对施工队伍的要求非常高。本工程对以上设计方案进行综合考虑, 如果选择土层锚杆抗浮法缺乏一定的工程施工经验, 因此不予采用。如果采用打抗拔桩, 有可能对整个工期产生影响。综上考虑, 经过施工工艺的调整, 决定把水池整体抬高半米后, 选择压重抗浮的方法。

结语

综上所述, 污水处理池抗浮设计对于整个水池的结构而言, 起着至关重要的作用, 不同的抗浮设计方案对于水池的结构受力, 以及工程造价、工程管理以及工期等产生较大的影响。因此, 在进行水池抗浮设计方案的选择时, 要因地制宜, 综合考虑工程实际情况, 或者是几种方案相互结合, 确保施工质量和工程造价兼得。

摘要：本文结合工程实践, 对有关水池上浮的原因进行分析, 对抗浮稳定性方法进行介绍, 对实例中如何选择科学合理的抗浮设计方案进行验算, 对抗浮设计方案技术经济性进行对比研究。

关键词：污水处理池,抗浮,设计