某地下式污水处理厂结构方案设计浅议-论文 5页

第23011卷4年第4月2期特种结构V0l_31No．2Apr．2014某地下式污水处理厂结构方案设计浅议魏耀红(中国市政工程中南设计研究总院武汉430010)(CentralandSouthernChinaMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute，Wuhan430010)[摘要】传统分散布置的地上式污水处理厂占地较大，臭气外泄，噪音扰民，多受诟病，近年来对传统老厂进行了升级改造，以期减少对周边环境的影响。某污水处理厂设计将所有构筑物集中布置埋于地下，地面绿化，克服了上述缺点，对于改善城市环境有很大意义，本文介绍该地下式污水处理厂施工图设计中遇到的一些问题和解决的方法。【关键词】地下式污水处理厂结构设计矩形二沉池链式刮泥机ABSTRACT：Traditionalsewagetreatmentplantscatteredonthegroundcoversanlargeareawithgasleakingout,noise,andmuchaccusement,thetraditionaloldfactorywasupgradedinrecentyears，inordertoreducetheimpactonthesurroundingenvironment．Thesewagetreatmentplantdesignarrangementoftheallstructuresconcentratedandunderground,andgroundgreening,overcometheaboveshortcomingsandhavegreatsignifcancetoimprovetheurbanenvironment．Thispaperintroducedtheundergroundsewagetreatmentplantconstructiondrawingdesigntypeinsomeoftheproblems．KEYWORDS：UndergroundSewagetreatmentplantThestructuredesignRectangularsecondarysettlingtankChainmudscraper前言传统分散布置，但屋顶采用种植屋面，另一种为传统的污水处理厂总图设计多数分散布置，集中式布置，将污水处理厂全部设施覆土，然后即一个构筑物或建筑物成一个单体，占用一个地绿化。前一种布置形式，臭气收集管路较长，不块，因此厂区占地面积较大，不便臭气收集处理，便集中处理，暴露于室外也不美观，并且屋顶绿噪音扰民，有碍观瞻，故广受诟病。近几年这种化较为分散，建筑设计方面交通组织较为困难，老旧污水厂多在升级改进，以满足周边市民对污运行养护管理也不方便，厂区占地面积亦较大，水处理厂消除臭味、降低噪音的强烈要求。但由土地成本较高。经综合比较，选择了后一种形式，于先天的缺陷，结构改造可供选择的方案不多，即集中布置的地下形式，地下部分供污水处理厂多采用膜结构加盖，但膜结构寿命较短，5—10使用，臭气收集处理，噪音隔绝于地下，地上部年即严重破损，需要更换，后期维护成本较高。分除局部作采光用外，大部分绿化，此种形式的即便有的污水处理厂选址较为偏僻，但随着城市污水处理厂土建造价相对普通地面式污水处理的快速发展，很快又被住宅和城市设施包围，环厂略高，但相对同时建设一个污水处理厂和一个境问题是污水处理厂设计绕不过的难题，污水处城市公共绿地，节约了一半的土地，环保、美观、理厂的设计和建设不能再走过去的先污染再治节地，一举多得，具有非常明显的经济和社会效理的老路，必须满足城市快速发展，社会对环境益，符合建设“两型社会”的要求。保护越来越高的要求，这就需要污水厂的设计具与传统地面分散式污水处理厂的设计相比，有一定的前瞻l生。本文所述污水处理厂地处滨湖集中布置的地下式污水处理厂，设计难度更大，湿地，周边为高层住宅，设计规模较大，因此，整个设计完成的过程，也是一个探索的过程。且需要在传统的布置形式上有所突破。此种形式尚不多见，故特与业内分享，以作为相该污水处理厂最初考虑了两种形式，一种为近工程的参考。·-——47。—。_——\n特种结构2014年第2期1工程概况某污水处理厂设计规模日处理能力，1期为6万t，远期为12万t。1期工程投资概算2．4亿元。污水处理工艺为改良A／0工艺+混凝沉淀过滤工艺。屋面覆土厚度大部区域为1．5m，局图1合肥滨湖新区北涝圩再生水厂1期工程厂区效果示意部为0．5m，厂区效果图见图1。总平面图(见图2)下■羽舞嚯磊鄹整r鳗W—r～～中南侧为1期工程、北侧蛙0：崩主耋／为2期工程。1期工程包鞴_Irg-～篷ii：!手州牛l黧·括处理车间、综合楼、挡⋯～一—一——嗣土墙、安全通道。处理车【、．!间平面尺寸270X60m，旺m儿处理车间包含了污水处：上墓耄隰理厂的所有功能模块，以-兰盘二』，l互．完成污水处理的各项功甲登EI能，包括粗格栅、进水泵}Il】I合1一训房、细格栅、曝气沉砂池、A／0生化池、二沉池、昆明IL路沉淀池、中间提升泵房、图2工程总平面示意污泥泵房、高效沉淀池、鼓风机房、脱水机房、一I(≥加药间、配电间、除臭鲞奎逆[。金参趔萨@IID臼^∞。lI查&婴一．，1s～oo．羹马^l国≤18,600一．髓t。—，。￡·车间，此外还有控制室、『Ill值班室、中间管廊、安饥5000gE日日目g■!===】日i％群jz1O0700700"10)700全通道等。1l12300I2：300200L12；3001230030000。坦60000各池的深度由工艺图31期工程处理车间横断面示意确定，深度最深的为进水泵房，埋深在原地面以下约1lm，大部埋深在原E=6．3MPa；②一1层粘土，fa=330kPa，E=I4MPa；地面以下约8m，中间管廊为综合管沟，布置工②一2层粉质粘土，fak=400kPa，E=15MPa；第艺管道、动力和通讯电缆，生产人员亦可通过多③层粉质粘土夹细砂，=260kPa，E=13MPa。个人口人内巡查。池顶以上的建筑层高为5．2m，本污水处理厂以②一1层为持力层。此层面主要作为设备安装维修、日常管理巡视通3结构特点Sn@t对性设计道，吊车、风道吊装在梁底。东西两端设出入口。地下集中布置的污水处理厂，其总图特点为2工程地质条件集中式，建筑特点为地下式。传统的污水处理厂，本厂址地形基本为岗冲起伏的丘陵，在地各单体之间相距较远，流程上多以管道相连，各貌单元上属江淮丘陵的一部分。场地地层自上单体结构关联度较低，集中式的特点会造成相邻而下主要有：①a层粉质粘土，土质不均匀，分块的结构设计交叉和衔接，需要综合考虑基坑承载力低；①层粘土，可塑状，￡lc=130kPa，支护、地基处理、工艺过水以及施工通道等诸多一48一\n魏耀红：某地下式污水处理厂结构方案设计浅议因素。地下式的特点是水土压力荷载大、结构受中间刮泥机的运行限制，圆形池的柱网沿圆弧布力大，本工程结构覆土后最大埋深达18m，大部置，尺寸较大，故本二沉池选择为平面矩形，最埋深15m，如此大的埋深，对结构方案的合理性初管廊南北两边各布置两台旋转往复链式刮泥提出了更高的要求，针对以上两个主要特点，结机，同样由于刮泥机的运行限制，立柱只能布置构方案设计主要做了以下工作。在导流墙上，屋面梁跨度在12m以上，故建议3．1整合条件工艺专业将管廊每侧各2部链式刮泥机改为每侧整合条件的目的是使结构受力明确，体系合3部，将屋面跨度减小至8．Om左右。理，是一项基础性和先导性的工作，地下集中式在传统分散式污水处理厂的设计中单体的的污水处理厂笔者首次遇到，可参考借鉴的案例位置通常由工艺专业根据流程决定，一般不会移不多，故将整合条件列为本污水处理厂结构方案动单体的位置或者要求工艺专业变更池体形式。设计的第一要务。另外工艺原来平面布置的不太紧凑，空白的区域工艺专业最初的条件图，更多的是从工艺流较多，作为地下工程，不仅会增加造价，而且会程的角度考虑，仅仅是将传统分散式布置污水处增加结构设计的处理难度，以上对工艺条件图的理厂各单体拼在一起，简单罗列。直接据此做结调整让总平面更加紧凑，总长度缩短lOre以上。构施工图设计是比较困难的，将给后续工作造成本文中呈现的总平面图是经过多次调整以后形极大困难。本工程对条件图的调整大体有两条技成的，由于篇幅有限，其他诸多优化整合过程，术原则，第一条是符合本文第3．2节横向水平传不在此赘述。力体系和第3．3节结构伸缩缝设置的思路；第二3．2横向水平传力体系条，由于本屋面覆土，荷载较大，受层高5．2m在结构设计中，应使传力路径直接、明晰、的限制，屋面梁跨度不宜过大，最大跨度控制在简洁，本工程土的侧压力较大，确定横向水平力不超过8m。根据第一条，经与工艺专业协商，通过底板、池顶板、屋面板组成三条传力路径，对多个功能模块的位置进行了移动，如将污泥泵图4为横向传力路径示意。房调整至与中间提升泵房并列，将高效沉淀池移≯一一⋯一⋯⋯⋯。动至南侧。鼓风机房、配电间、值班室、脱水车间、顶fjI：将南北顺扳连接成骼仆屋断：枷m北贯通的粱除臭车间等功能模块的基础埋深较浅，而其他功能模块埋深相对较深，如果布置在管廊南北两侧相对位置，将存在水平侧压力的不平衡，后来将这些建筑物调整至最东端的南北两面，这样，通微接成恪体过对单体的移动，达到管廊南北两侧相对位置的图4横向水平传力~f-g：示意功能模块结构类型一致，深度大体相当，水平侧以此为指引，对诸多单体结构设计细节进压力大致平衡的效果，并且使伸缩缝南北通直，行了调整，例如：最初，底板在管廊处是不连续同时也将较深基坑集中于一处，便于深基坑的支的，经过考虑，将南北两侧底板在管廊处连接成护开挖。根据第二条技术原则，曝气沉砂池和二整体。管廊处的采光顶棚，跨度为6m，最初认沉池也作出了调整，最初条件图中曝气沉砂池中为跨度较小，钢结构可直接安装在走廊两侧屋面间由于刮砂机往复运行的需要，不便立柱，屋面上，但考虑到钢结构截面小，刚度弱，传递轴力梁跨度很大，应结构专业的要求，工艺专业更换能力较差，在最后设计审图阶段，又对其进行修了曝气沉砂池的形式，从而减小了屋面梁跨度。改，在管廊屋面采光顶区域增加了南北贯通的钢在传统污水厂中，二沉池平面通常为圆形，由于筋混凝土梁。二沉池的池顶在工艺上是敞口池，一49—\n特种结构2014年第2期只有少量走道，大部分区域是没有顶板的，但为3．6柱网布置了增加横向传力能力，同时增强对外侧扶壁柱的由于屋面荷载较大，柱网不宜过大，以跨横向约束，在柱对应的位置，增加了横向贯通的度6～8m为宜。但个别区域由于工艺的限制，柱梁，共计12根。网尺寸无法减小，例如进水泵房和脱水车间设3．3结构伸缩缝设置置有电动单梁悬挂吊车，跨度较大，设计中将处理车间长度为270m，宽度60m，在宽度屋面抬高了1．0m，使覆土厚度减小到0．5m。细方向上，在管廊中间位置设了一条后浇带，后浇格栅曝气沉砂池由于跨度较大，甚至更换了池带宽度2m，长度方向上结构设置5道伸缩缝。型，将跨度减小。二沉池原来管廊每侧设2部刮在大的工艺构筑物单体上，为结构设计的方便，泥机，后来经与设备厂家磋商，改成每侧3部，要单独成块，尽量不要将不同功能模块混杂在一多布置一排柱，将屋面梁跨度减小。柱截面尺寸个分块内。因为本工程虽然表面上来看，各构筑500×500。物建筑物紧密相连，但无论工艺专业，还是结3．7管廊顶部设计荷载构、建筑等各专业，都是1O多人同时工作，以管廊顶部作为日常进出通道，设备安装维功能来划分伸缩缝，能减小专业间的协调工作修通道，需要考虑行车荷载。同时作为消防通量，减少错误出现的几率。具体来说，本工程的道，需要考虑消防车荷载。本工程取消防车荷载最大的两个构筑物是A／O生物池和二沉池，两30kN／m。者面积占处理车间的2／3以上。A／O生化池总长3．8抗渗防水设计152．1m，长方向设两道伸缩缝，将生化池分成了混凝土强度等级C30，抗渗等级s6，底板、三块，每块的长度47～56．3m不等，伸缩缝两侧墙壁、屋面刷复合防水涂料，在管廊和连接渠道设双墙，每块内再设膨胀加强带。之间埋设橡胶止水带，上部墙面之间设橡胶止水3．4分缝后各块之间的防水连接带，水池底板之间未埋设止水带。分缝后，为便于埋设3．9屋面防根刺设计橡胶止水带，相邻结构板本屋面为种植屋面，如果植物根系的生长刺块之间再拉开630mm的入结构构件，其破坏力是巨大的，将造成结构混距离，即从两侧池壁向凝土的崩裂，钢筋外露腐蚀，严重影响结构强度外各延伸300mm，伸缩和耐久性，后果非常可怕，为此，设计中，在屋缝缝宽30ram，拉开这个面结构层上铺设了防根刺层。植物根系在遇到防图5分缝止水连接630mm的距离后，管廊、根刺薄膜时，将会转向生长，不会穿透该薄膜，渠道、屋面等，均可以方便地埋设橡胶止水带。见图5。从而保护了结构物。3．5抗浮设计3．10单体设计本工程的地下水位平设计地面，由于屋面的由于水平侧压力较大，部分单体结构形式复覆土厚度大部分区域为1．5m，覆土荷载较大，杂，曝气沉砂池池顶设有吸泥机，池顶无顶盖，结构设计时以使用阶段的工况作为控制工况，采只在边缘设有走道板，设计中假定走道板为外用自重+覆土抗浮，施工阶段的抗浮以组织管墙壁的一道水平支撑，但由于走道板宽度有限，理措施为主，控制基坑积水，防止上浮。本设计只有2．2m，而支撑该走道板的横墙支撑距离为没有采用惯常抗拔桩或者锚杆作为抗浮措施，这19．6m，走道板作为外墙的支撑效果，需要进一也是屋顶覆土带来的附加好处。步分析讨论。二沉池工艺采用往复链式刮泥机，一0—\nNO．22014魏耀红：某地下式污水处理厂结构方案设计浅议受工艺形式的限制，横墙距离53m，池顶无顶板，形式的污水处理厂与传统式相比，减少了用地，结构较为空旷，后经考虑在外墙增加扶壁柱，在环境友好，降低了造价，值得推广。对应位置增加水平支撑梁。鉴于当时时间紧迫，在施工图设计完成后，对以上两个单体都补充了参考文献有限元分析，与前期计算结果基本吻合。【1]国家标准．混凝土结构设计规范(GB50010—2010)[S]．北京：中国建筑工业出版社，20103．11基坑支护设计NationalStandard．CodefordesignconcretestructuresGB50010—根据地勘报告揭示，本场地土层承载力较2010[s1．Beijing：ChinaArchitectural＆BuildingPress．2010高，持力层承载力=300kPa，无软弱土层，地[2】国家标准．给水排水工程构筑物结构设计规程GB50069—质条件较好，土层渗透性较低。本设计采用土钉2002[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002NationalStandard．StructuraldesigncodeforspecialStructures墙支护方案。ofwatersupplyandwastewaterengineeringGB50069—2002[S]．3．12待改进之处Beijing：ChinaArchitectural＆BuildingPress．2002本工程为地下式布置，由于其空间的封闭[3]给水排水工程结构设计手册(第二版)[M】．北京：中国建筑性，需要设置臭气回收处理和通风系统，暖通设工业出版社，2007Structuraldesignmanualforwatersupplyandwastewater计有大量的风管、风机、通风竖井、屋面通风口engineeringfSecondedition)[M]．Beijing：ChinaArchitectural＆等设施，由于暖通专业介入较晚，给结构、建筑BuildingPress，2007等专业带来大量的修改。另外，由于设备订货较『41王水华，尹克明，刘忠宏．减小构筑物变形缝边沉降差的措施fJ]．特种结构，2012．Vo1．29No．1：(15—18)晚，原来预留的除臭车间的面积不够容纳设备，WangShuihua，YinKeming，Liuzhonghong．Themeasuresfor最后除臭生物滤床不得不放置于室外。另外屋顶decreasingthesettlementdiferencebetweenthestructuredeformation覆土的轻量化问题也待研究。以上不足和遗憾希cracks[J]SpecislStructures，No．12012．Vo1．29：15—18望在2期扩建时加以改正。[5]周书东．基坑工程符合土钉支护技术与设计分析叭土工基础，2013．Vo1．27．No．3：(29—32)4结束语Zhoushudong．Thedesignofthecompositesoilnailedwallsasdeep至投稿之时，工程已完成土建施工，正在进excavationsupportingsystem[J1_SoilEngineeringandFoundation，行设备安装，结构设计已初步接受了检验。此种N032【)13V01．27：29-32{'{{==；===j={=；{；=毒：=={={}}暑§{=≥==j(上接第101页)[6]姚谦峰，常鹏．工程结构抗震分析．北京：清华大学出版社，20124．建议研究和增加中震、大震位移角限值的[7]国家标准．中国地震动参数区划图GB18306-2001相关规定。[8】国家标准．城市轨道交通结构抗震设计规范(送审稿)参考文献[9]上海市工程建设规范．地下铁道建筑结构抗震设计规范DG／f11国家标准．室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范耵08—2064—2009GB50032—2003．北京：中国建筑工业出版社，2003[1o]国家标准．建筑抗震设计规范GB50011-2001．北京：中国建[21北京市规划委．地震灾害对城市地下管线等市政基础设施的筑工业出版社，2001影响调查及分析．北京．2009[11]国家标准．建筑抗震设计规范GBJ11-89条文说明．沈阳：[31国家标准．建筑抗震设计规范GB50011-2010．北京：中国建辽宁科学技术出版社，1989筑工业出版社，2010[12]建设部抗震办公室．建筑抗震设计规范GBJ11-89统一培训[41郑永来，杨林德，李文艺，周健．地下结构抗震(第二版)．上教材．北京：地震出版社，1990海：同济大学出版社，2011[13]国家标准．工业与民用建筑抗震设计规范TJ11-78．北京．1979『5]日本地震工学会．基于性能的抗震设计一一现状与课题．北[14]国家标准．室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范及编京：中国建筑工业出版社，2012制说明TJ32—78．北京．1984