（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300074）

0 前言

隨著城市的擴大，人口的增長，城市的污水量相應(yīng)提高，因此污水處理廠的建設(shè)、提標也會不斷增加。與傳統(tǒng)的地上污水處理廠相比，半地下污水處理廠由于占地面積小，并且主要污水處理構(gòu)筑物均位于地下，對周邊環(huán)境影響小，因此近年來半地下污水處理廠的建設(shè)逐漸增多。本文以一運行階段半地下污水處理廠為實例，對半地下污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題進行探討。

1 工程概況

本項目半地下污水處理廠設(shè)計規(guī)模13 萬m3/d，其中，主要水池構(gòu)筑物位于地下，分別為預(yù)處理單元、生物池、膜格柵間以及MBR 膜池，所有構(gòu)筑物聯(lián)建形成地下箱體，總設(shè)計尺寸為120x97m，埋深9.20m；地上部分為鋼結(jié)構(gòu)廠房。本文主要針對地下箱體部分設(shè)計要點進行分析。

2 地下箱體設(shè)計

2.1 箱體池壁設(shè)計

箱體外池壁按單向板進行設(shè)計，分別考慮池外有土和池內(nèi)有水兩種不同工況，對池壁進行受力計算，以裂縫作為控制條件，最大裂縫寬度不大于0.20mm。針對于半地下污水處理廠，箱體池壁計算時應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)柱端傳遞的荷載。

根據(jù)外池壁受力特點，采用變截面池壁，厚度為500～850mm。對于單向板池壁，尚應(yīng)對池壁角隅彎矩[1]進行復(fù)核計算，在池壁轉(zhuǎn)角部位設(shè)置角隅附加筋；箱體池壁高度超過3.6m，在池壁高度的水平中線部位上下500mm 范圍內(nèi)，對水平筋加密[2]，以提高混凝土抗裂能力。

2.2 箱體底板設(shè)計

半地下污水處理廠箱體底板受地基特性、不同區(qū)域箱體的布局、底板剛度以及上部建筑物及荷載等不同因素的影響，受力狀態(tài)復(fù)雜，計算時應(yīng)選取更符合底板實際受力的方法。

本項目中，由于底板下部存在較厚的淤泥質(zhì)土，基礎(chǔ)形式選用筏板+鉆孔灌注樁，灌注樁樁徑800mm，樁長約15m，樁間距3m，樁端進入中風化花崗巖層；底板厚度分為1000mm 和600mm 兩種，1000mm 厚底板設(shè)置于受力較大的池壁下方。在進行底板內(nèi)力分析時，首先排除地基反力直線分布假定[1]，此方法不考慮底板在荷載作用下的彈性變形，底板反力按均布荷載計算，對于大型水池，采用此方法計算的結(jié)果與實際底板受力偏差很大。文克爾假定和半無限彈性體假定[1]考慮了底板下地基土和底板的彈性變形，但對于樁筏基礎(chǔ)，往往難以確定地基土和樁基的變形模量，若不考慮樁的加固作用，則會造成較大的浪費。根據(jù)本項目的實際情況，最終將端承型灌注樁做為支點，按照無梁樓蓋模型進行底板內(nèi)力計算，并通過盈建科軟件建立整體模型，對底板配筋進行復(fù)核，使計算結(jié)果與實際受力情況盡可能相符。下圖為箱體生物池區(qū)域底板池壁剖面示意圖。

圖1 箱體生物池區(qū)域底板池壁剖面圖

3 抗浮設(shè)計

半地下污水處理廠由于箱體往往埋深較大，由地下水產(chǎn)生的浮力較大，必須進行抗浮穩(wěn)定性驗算。本項目中，箱體抗浮驗算包括整體抗浮驗算和局部抗浮驗算兩方面[1]?？垢◎炈阒校垢〔糠种豢紤]箱體及上部建筑物自重、覆土重以及樁基抗拔承載力，按標準值計算，不考慮池壁與側(cè)向土的摩擦力作用[3]。整體抗浮驗算滿足的前提下，對箱體內(nèi)立柱、內(nèi)池壁所轄區(qū)域進行局部抗浮驗算，確保整體抗浮和局部抗浮均滿足要求。值得注意的時，設(shè)計時也應(yīng)考慮施工期間箱體的抗浮滿足規(guī)范要求，并應(yīng)在圖紙中針對施工期間基坑降水等事宜予以明確。

水池抗浮方案的選擇直接影響結(jié)構(gòu)的合理性、安全性和項目的工程造價，應(yīng)引起足夠重視。常用的抗浮方案有自重抗浮、配重抗浮、抗拔樁或抗浮錨桿抗浮、以及設(shè)置排水系統(tǒng)降低地下水等[4]，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際情況，對不同的抗浮方案進行比選，選出合理、安全、經(jīng)濟的抗浮方案。本項目箱體采用筏板+灌注樁基礎(chǔ)，灌注樁在污水廠池體排空檢修時作為抗拔樁抵抗水浮力作用。通過合理布置樁間距，整體抗浮和局部抗浮滿足規(guī)范要求。

4 超長鋼筋混凝土箱體設(shè)計

在以往污水池設(shè)計中，根據(jù)規(guī)范要求，采用伸縮縫將超長池體分割，保證每個區(qū)域的長寬均不超過30m。而在工程實踐中，由于伸縮縫處鋼筋較密，還有橡膠止水帶、填縫板的存在，導(dǎo)致伸縮縫部位容易發(fā)生混凝土振搗不充分，或橡膠止水帶偏移，施工完成后伸縮縫部位成為漏水點，且后期修復(fù)困難。另外，伸縮縫的設(shè)置也會降低結(jié)構(gòu)的整體剛度，改變結(jié)構(gòu)的計算模型。

本項目中，通過在箱體混凝土中摻入高性能膨脹抗裂劑，配制補償收縮混凝土，并確保膨脹混凝土水中14d 限制膨脹率達到0.02%～0.03%[2]；在箱體120m 方向居中設(shè)置一道后澆式膨脹加強帶，以后澆式膨脹加強帶為界，在兩側(cè)約60mx97m 區(qū)格中設(shè)置兩橫一縱，共計3 道現(xiàn)澆式膨脹加強帶。膨脹加強帶內(nèi)混凝土標號提高一級，水中14d 限制膨脹率0.03%～0.04.5%[2]，膨脹加強帶兩側(cè)設(shè)密孔鋼絲網(wǎng)與周邊混凝土分隔[5]。此外，采用細筋密布方案，在同樣配筋率的情況下優(yōu)先選擇較細鋼筋較小間距布置，并在池壁中間高度1m范圍內(nèi)加密水平鋼筋間距。通過上述措施，可以有效避免混凝土早期在溫差、干縮、自收縮等不利因素的聯(lián)合作用下產(chǎn)生早期收縮裂縫，實現(xiàn)整個地下箱體不設(shè)置伸縮縫，將漏水隱患降至最低。膨脹加強帶做法如下圖所示。

圖2 膨脹加強帶做法示意圖

5 防腐設(shè)計

箱體防腐主要包括兩部分：第一部分，場地地下水、土對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有中度腐蝕性；第二部分，對箱體內(nèi)與污水接觸的構(gòu)筑物內(nèi)側(cè)，應(yīng)進行防腐處理。

本工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別為二b 類，首先，根據(jù)腐蝕性能級和環(huán)境類別，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性基本要求以及最小保護層厚度按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計標準》綜合取定，詳見下表。

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性基本要求表

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性基本要求表（單位：mm）

其次，在箱體池壁、底板外側(cè)以及池內(nèi)與污水接觸的構(gòu)筑物內(nèi)側(cè)涂刷柔性的聚脲防腐涂料。池壁、底板外側(cè)防腐層應(yīng)具有較高的延伸率，用以抵御混凝土收縮裂縫；對箱體內(nèi)側(cè)防腐層要求具有較高的剛度，以防止防腐層被切割、劃痕破壞[6]。

除采用上述防腐措施外，本工程通過在箱體混凝土中添加防腐劑、阻銹劑，提高混凝土密實性和對鋼筋的阻銹能力，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。為減少水泥和混凝土中堿的含量，采用低堿水泥，同時合理使用粉煤灰、礦渣等礦物摻和料，提高混凝土抗裂和耐久性能，以提高混凝土自防腐蝕性能。

6 結(jié)語

半地下污水處理廠由多個構(gòu)筑物集成為地下箱體，受力分析復(fù)雜，設(shè)計時應(yīng)選擇合理的計算方法，充分考慮不同的受力工況；在滿足承載力要求的條件下，還應(yīng)考慮超長箱體結(jié)構(gòu)收縮裂縫處理、箱體的防腐防滲、抗浮穩(wěn)定等問題，在確保箱體結(jié)構(gòu)安全的同時，延長污水處理廠使用壽命，提升工程的經(jīng)濟和社會效益。