吳皇鋼
(浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州310000)
給排水工程作為城市的送水和排水結(jié)構(gòu),在城市現(xiàn)代化的發(fā)展過(guò)程中承擔(dān)著重要的任務(wù),由于市政給排水工程是針對(duì)污水處理和水源輸送的重要工程,就更需要加強(qiáng)重視。給排水工程主要構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,由于現(xiàn)階段工程的規(guī)模性和技術(shù)性,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的難度,相關(guān)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中就很容易出現(xiàn)技術(shù)方面的問(wèn)題,影響給排水工程的質(zhì)量。所以相關(guān)人員在進(jìn)行市政給排水工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中,就需要深入地對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行了解,保證水池構(gòu)筑物的質(zhì)量,結(jié)合給排水的實(shí)際需要,對(duì)水池等構(gòu)筑物的承載能力以及容納面積等要點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注,然后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。
給排水工程是指城市用水供給系統(tǒng)、排水系統(tǒng)(市政給排水)和建筑給排水,簡(jiǎn)稱給排水。該工程主要由排水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)兩個(gè)方面構(gòu)成。供水系統(tǒng)具有取集和輸送原水、改善水質(zhì)的作用,排水系統(tǒng)主要是指排除人類生活污水和生產(chǎn)中的各種廢水、多余的地面水的工程。二者相互協(xié)調(diào),共同構(gòu)成了現(xiàn)階段的市政給排水工程。而作為給排水主要構(gòu)成的水池等不具備、不包含或不提供人類居住功能的人工建造物,就被稱之為構(gòu)筑物[1]。由于現(xiàn)階段市政給排水構(gòu)成的規(guī)模不斷擴(kuò)大,所以相關(guān)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)也愈發(fā)復(fù)雜,相關(guān)人員就需要根據(jù)需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),保證工程功能的順利發(fā)揮。
水池等結(jié)構(gòu)作為給排水工程構(gòu)筑物,具有重要的地位。在現(xiàn)階段城市化的發(fā)展過(guò)程中,隨著社會(huì)對(duì)用水需求的不斷增長(zhǎng),水池構(gòu)筑物受到的壓力不斷提升。想要保證構(gòu)筑物滿足現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的需要,就需要深刻把握給排水工程構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
在進(jìn)行污水處理以及供水工作的過(guò)程中,相關(guān)構(gòu)筑物需要根據(jù)不同的需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的選擇,水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要符合相關(guān)的規(guī)定。水池各種結(jié)構(gòu)的類別以及形式的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度檢驗(yàn)測(cè)算。按照工程的地質(zhì)條件、荷載條件以及水文地質(zhì)條件來(lái)決定驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其大小尺寸以及工藝等都需要按照實(shí)際需要進(jìn)行確定,現(xiàn)階段的水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照平面布局,結(jié)構(gòu)可以分為圓形和矩形兩種,按照水池頂部是否具有擋板又可以分為敞口結(jié)構(gòu)和有蓋結(jié)構(gòu)兩種,按照有無(wú)隔離墻又可以分為單格結(jié)構(gòu)以及多格結(jié)構(gòu)[2]。水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上影響給排水構(gòu)筑物功能的發(fā)揮,相關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際需求選擇最佳方案,以保證水池構(gòu)筑物的質(zhì)量。
水池等構(gòu)筑物作為市政給排水工程的重要構(gòu)成,承擔(dān)著相關(guān)地區(qū)的水源供給以及排水功能,工作量很大,所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,還需要綜合考慮水池構(gòu)筑物承受荷載的能力?,F(xiàn)階段市政給排水工程的水池構(gòu)筑物荷載主要包含水壓力、土壓力、地下水壓力以及濕度和溫度荷載,荷載組合包括水壓力加自重、水壓力加自重加冬季溫差荷載、水壓力加自重加濕差以及土壓力加自重。相關(guān)人員需要大力關(guān)注的首先是水壓力,在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該在滿水狀態(tài)下計(jì)算出水池實(shí)際承受的水壓,避免后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的溢水現(xiàn)象對(duì)水池造成損壞。然后就是土壤對(duì)水池造成的壓力,在進(jìn)行水池等構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程中,部分水池需要在墻壁外圍進(jìn)行填土處理,以保證水池內(nèi)外兩側(cè)壓力的穩(wěn)定[3]。在該環(huán)節(jié)的荷載壓力測(cè)定過(guò)程中,需要相關(guān)人員在結(jié)合具體情況的背景下采用朗肯理論進(jìn)行測(cè)定活動(dòng),以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
市政給排水工程構(gòu)筑物的質(zhì)量關(guān)鍵還在于其截面的設(shè)計(jì),現(xiàn)階段的截面一般包括水池頂蓋、池壁以及底板等部位,相關(guān)人員需要對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的分析,結(jié)合給排水的實(shí)際需要進(jìn)行質(zhì)量控制,以避免相關(guān)構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫等問(wèn)題。在進(jìn)行水池頂蓋的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),針對(duì)其強(qiáng)度需要設(shè)計(jì)的安全系數(shù)來(lái)說(shuō),頂蓋承受的荷載一般包括自身重量帶來(lái)的壓力、土壤覆蓋產(chǎn)生的壓力以及活荷載等,在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,需要關(guān)注頂蓋自身重量以及覆蓋土壤的重量,其安全系數(shù)一般保持在平衡狀態(tài)的1.0最為合適。針對(duì)池壁的安全系數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),由于其在使用過(guò)程中主要承受來(lái)自于墻外泥土產(chǎn)生的壓力以及內(nèi)部池水造成的壓力,所以在計(jì)算過(guò)程中只需要對(duì)比兩者的數(shù)據(jù)即可。在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中,應(yīng)該以水池滿載為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,然后結(jié)合朗肯理論進(jìn)行壓力計(jì)算,一般要保證外界土壤對(duì)墻壁造成的壓力較大,所以安全系數(shù)一般在1.0左右。而對(duì)于底板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的附加系數(shù)來(lái)說(shuō),由于其只受到來(lái)自水池內(nèi)部的水壓力,所以進(jìn)行壓力計(jì)算的環(huán)節(jié)最為簡(jiǎn)單,通常只需要計(jì)算水壓及均布荷載即可,并且保證安全系數(shù)在1.0左右[4]。這樣一來(lái),就能在很大程度上保證水池構(gòu)筑物的質(zhì)量。
市政給排水工程構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)還包括水池等蓄水設(shè)施,針對(duì)這種大型的構(gòu)筑物進(jìn)行設(shè)計(jì),相關(guān)人員就需要從池形選擇、池壁設(shè)計(jì)以及底板設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì),以保證水池的質(zhì)量和功能的發(fā)揮。在池形選擇環(huán)節(jié),相關(guān)人員根據(jù)具體的要求選擇合適的大小。而且針對(duì)水池的形狀,相關(guān)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要考慮溫度變化對(duì)水池的影響,在專業(yè)人員的指導(dǎo)下設(shè)置伸縮縫,這樣才能保證質(zhì)量。然后就是水池材料的選擇,現(xiàn)階段的水池一般都是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成,在承受能力和抗壓能力上均有很高的強(qiáng)度。相關(guān)人員要想保證混凝土材質(zhì)的質(zhì)量,就需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境以及水質(zhì)排放情況進(jìn)行合理的配比,針對(duì)性地提升混凝土強(qiáng)度,保證水池的質(zhì)量。在池壁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),相關(guān)人員首先就需要使用三邊固定頂端自由或簡(jiǎn)支、深池的上部三邊嵌固一邊自由或簡(jiǎn)支、下部水平閉合框架兩部分以及淺池按懸臂式擋水墻等計(jì)算形式合理地選擇結(jié)構(gòu)計(jì)算模型,保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確可靠。然后就是池壁的形態(tài)設(shè)計(jì),其池壁厚度的確定通常按水池深度的1/20左右選取,還需要考慮水平角隅的計(jì)算問(wèn)題,注意滿足規(guī)范對(duì)鋼筋間距不宜小于100 mm的要求。在底板的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),其厚度需要按照1.2~1.5倍池壁厚度選取,既保證底板的剛度也要考慮池壁與底板節(jié)點(diǎn)平衡,并確保池壁是固定支撐于底板上。這樣一來(lái),作用于底板上的池內(nèi)水重和底板自重與它們引起的地基反力相抵消,而不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,就在很大程度上保證了構(gòu)筑物的質(zhì)量。市政水池建筑物示意圖1如圖1所示。
圖1 市政水池建筑物示意圖1
在進(jìn)行市政給排水工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于現(xiàn)階段社會(huì)對(duì)于給排水工程的需求更加強(qiáng)烈,對(duì)構(gòu)筑物的規(guī)模和技術(shù)提出了更高的要求,相關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中就很容易出現(xiàn)問(wèn)題,影響水池等構(gòu)筑物功能的發(fā)揮。想要保證構(gòu)筑物的質(zhì)量,還需要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的了解。
在現(xiàn)階段的給排水工程中,給排水工程構(gòu)筑物的質(zhì)量是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的一大問(wèn)題。在相關(guān)構(gòu)筑物的使用過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)以及給排水構(gòu)筑物故障等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了功能的發(fā)揮。一方面,作為水資源的儲(chǔ)存場(chǎng)所如水箱以及水池等,一般規(guī)模較大,承受著來(lái)自內(nèi)部的水壓力,再加上水箱水池等缺乏維修,也會(huì)出現(xiàn)故障,影響給排水工程的質(zhì)量。另一方面,作為給排水工程主要構(gòu)成的管道,也是發(fā)生問(wèn)題的關(guān)鍵部位,現(xiàn)階段的給排水管道一般由金屬和塑料兩種材質(zhì)構(gòu)成,常年使用加上污水的侵蝕,就很容易出現(xiàn)破裂和接口松動(dòng)等方面的問(wèn)題,影響給排水功能的發(fā)揮。而且在構(gòu)筑物的建設(shè)過(guò)程中,由于技術(shù)和自然等因素的影響,水池等構(gòu)筑物會(huì)在使用過(guò)程中產(chǎn)生沉降,嚴(yán)重影響構(gòu)筑物功能的發(fā)揮。
水池等作為儲(chǔ)存水源的重要構(gòu)筑物,在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就需要針對(duì)水池進(jìn)行防滲漏處理,一方面避免水資源的浪費(fèi),另一方面也避免污水等滲透到土壤中對(duì)周圍環(huán)境造成影響。但是在現(xiàn)階段的水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),還存在防滲漏方面的問(wèn)題?,F(xiàn)階段的水池結(jié)構(gòu)通常是由鋼筋混凝土構(gòu)成,在進(jìn)行水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中要想保證水池的承載能力和質(zhì)量,就需要使用大量的水泥以提升混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。一旦和水源進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的接觸,就會(huì)引發(fā)水化熱的增加和混凝土的變形,從而造成混凝土裂縫,使水池的抗?jié)B性能遭到破壞。而且在變形縫的設(shè)計(jì)過(guò)程中,部分設(shè)計(jì)人員還存在不根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)的現(xiàn)象,這樣一來(lái),一旦構(gòu)筑物外界環(huán)境條件發(fā)生變化,構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)就會(huì)受到很大的影響,造成裂縫的產(chǎn)生,進(jìn)一步加劇滲漏。另一方面,水池建造技術(shù)也會(huì)造成水資源的滲漏,水池等結(jié)構(gòu)為了保證質(zhì)量,一般會(huì)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為主要設(shè)計(jì)方式,在對(duì)水池結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)的時(shí)候,如果沒(méi)有按照?qǐng)A形水池或者矩形水池分別地進(jìn)行構(gòu)造配筋,就會(huì)形成貫穿裂縫[5]。所以在現(xiàn)階段市政給排水工程發(fā)展過(guò)程中,防滲漏環(huán)節(jié)還存在很大的問(wèn)題,直接影響了構(gòu)筑物的質(zhì)量。
水池等構(gòu)筑物的主要功能是進(jìn)行水資源的儲(chǔ)存,雖然自來(lái)水廠和污水處理廠的水池水源來(lái)源和用途不同,但是核心功能是一致的,所以在給排水工程中,水池的重要性十分突出。在現(xiàn)階段市政給排水構(gòu)筑物工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),還需要加大對(duì)水池位置的關(guān)注力度。水池類的構(gòu)筑物由于位置和設(shè)計(jì)等方面的原因,在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生上浮現(xiàn)象,嚴(yán)重影響水池功能的發(fā)揮。在水池設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),如果相關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中缺乏對(duì)最低水位的控制,一旦水池內(nèi)部的水位低于區(qū)域最低水位線,就會(huì)發(fā)生水池上浮現(xiàn)象,對(duì)水池造成嚴(yán)重的影響。另一方面,水池的設(shè)計(jì)位置也會(huì)對(duì)上浮造成影響,相關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中如果選擇的位置地勢(shì)較為低下,一旦遇到雨季,就會(huì)造成大量的雨水匯集,導(dǎo)致地下水位超過(guò)最低水位,造成水池的上浮。此外,地基的承載能力取值不合理以及不合理的抗上浮措施的使用,也會(huì)造成水池上浮?,F(xiàn)階段水池上浮已經(jīng)嚴(yán)重影響了水池功能的發(fā)揮,需要相關(guān)人員加大關(guān)注力度,針對(duì)水池上浮現(xiàn)象進(jìn)行處理。
在現(xiàn)階段市政給排水工程構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的過(guò)程中,由于在質(zhì)量、抗上浮以及防滲透等環(huán)節(jié)還存在一定的問(wèn)題,很大程度上影響了構(gòu)筑物功能的發(fā)揮,嚴(yán)重制約了城市給排水工程的發(fā)展。所以在現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展過(guò)程中,就需要相關(guān)人員加大重視力度,針對(duì)給排水工程構(gòu)筑物設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題進(jìn)行解決,優(yōu)化構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)方案。
在市政給排水工程構(gòu)筑物的建設(shè)過(guò)程中,水池等構(gòu)筑物的沉降也是影響構(gòu)筑物功能發(fā)揮的重要因素,嚴(yán)重的沉降不僅會(huì)影響水池等構(gòu)筑物的功能,還會(huì)對(duì)水池形成侵蝕,造成構(gòu)筑物的質(zhì)量問(wèn)題,從而造成市政給排水工程的安全隱患。所以在現(xiàn)階段的發(fā)展過(guò)程中,就需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)構(gòu)筑物沉降現(xiàn)象的重視程度,并進(jìn)行針對(duì)性的解決。首先,針對(duì)水池構(gòu)筑物的設(shè)計(jì),要進(jìn)行水池形態(tài)的選擇,相關(guān)人員需要結(jié)合市政給排水工程的實(shí)際規(guī)范和相關(guān)要求進(jìn)行長(zhǎng)度以及形態(tài)的選擇,以保證和整體工程的適配性。在池壁以及水池整體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),還需要以懸臂板設(shè)定為主,為保證其質(zhì)量,池體就需要在地面下1~3 m左右,而且要保證沉降指數(shù)能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6]。此外,針對(duì)池壁的厚度、池底的厚度、抗彎和剪力以及壓力等方面的設(shè)計(jì),也需要結(jié)合實(shí)際的要求保證其合理性。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),也要遵循一般池體設(shè)計(jì)的規(guī)范,一方面需要考慮溫差和池底內(nèi)部水壓等因素造成的內(nèi)力,然后根據(jù)實(shí)際情況將池壁和底板的厚度控制在適宜的區(qū)間內(nèi)。最后,構(gòu)筑物沉降的產(chǎn)生主要是由于水池滿水后,水池底部的土質(zhì)松軟,無(wú)法承受水池蓄水時(shí)的重量所產(chǎn)生的壓力,要想對(duì)其進(jìn)行解決,首先需要根據(jù)水池滿池時(shí)的重量,以及結(jié)構(gòu)安全系數(shù)計(jì)算出其承載能力,挖除水池底部松軟的土壤至良好的土層,水池底部增加厚度適當(dāng)、級(jí)配良好的分層壓實(shí)換填層,對(duì)于軟土深厚區(qū)域則在水池底板下進(jìn)行合理的樁基礎(chǔ)的設(shè)置,從根本上避免了水池構(gòu)筑物過(guò)度沉降的發(fā)生。
現(xiàn)階段市政給排水工程構(gòu)筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中,滲漏現(xiàn)象是制約水池功能發(fā)揮的重要問(wèn)題,所以想要保證構(gòu)筑物的質(zhì)量,就需要結(jié)合實(shí)際針對(duì)滲漏現(xiàn)象進(jìn)行治理。在構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),由于水池結(jié)構(gòu)的滲漏通常都是由變形縫以及混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫引起的,所以針對(duì)滲漏問(wèn)題的治理就可以從水池的變形縫以及混凝土裂縫環(huán)節(jié)入手。首先,在選材環(huán)節(jié),相關(guān)人員需要根據(jù)構(gòu)筑物的規(guī)模和設(shè)計(jì)需要合理地選擇混凝土的強(qiáng)度等級(jí),以保證混凝土的質(zhì)量。而且在滲漏現(xiàn)象的發(fā)生環(huán)節(jié),水泥和水源發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的熱溫差效應(yīng)是造成混凝土變形的重要因素,所以在施工的過(guò)程中,還需要控制好水泥的使用量,才能有效地減小水化的熱溫差以及收縮變形,從而規(guī)避裂縫的產(chǎn)生。在施工環(huán)節(jié)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):避免在高溫季節(jié)施工,降低溫差對(duì)混凝土的影響;控制水泥比,避免水化熱現(xiàn)象的發(fā)生;保證攪拌環(huán)節(jié)的質(zhì)量,增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度以及保證預(yù)埋件的清潔,避免混凝土與之分離。
在現(xiàn)階段市政給排水工程的發(fā)展過(guò)程中,上浮現(xiàn)象也是影響水池構(gòu)筑物功能發(fā)揮的重要原因,所以相關(guān)人員還需要加強(qiáng)對(duì)上浮現(xiàn)象的關(guān)注,并對(duì)其進(jìn)行抗上浮處理。在實(shí)際的使用過(guò)程中,水池上浮的原因一般是地下水的浮力過(guò)大以及水池位置選擇出現(xiàn)偏差。所以在現(xiàn)階段一方面可以通過(guò)增加水池底板的厚度、保證回填質(zhì)量以及增加水池自身的重量等措施規(guī)避可能發(fā)生的水池上浮。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中事先針對(duì)水池的整體進(jìn)行抗浮穩(wěn)定計(jì)算,同時(shí)也要做好局部位置的驗(yàn)算。要綜合各種影響因素來(lái)選擇荷載組合進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。這樣一來(lái),就在很大程度上保證了水池的抗上浮能力。另一方面,由于地勢(shì)也是造成水池上浮的重要影響因素,所以還可以在位置選擇方面對(duì)上浮現(xiàn)象進(jìn)行規(guī)避。相關(guān)人員在進(jìn)行水池位置的選擇過(guò)程中需要盡量選擇地勢(shì)較高的位置,避免雨季水流的大量集聚,從而避免水池上浮。市政水池建筑物示意圖2如圖2所示。
圖2 市政水池建筑物示意圖2
在市政給排水構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),由于現(xiàn)階段城市化的發(fā)展越來(lái)越迅速,市政給排水工程的功能越發(fā)復(fù)雜,規(guī)模也越來(lái)越大,相應(yīng)地增加了給排水構(gòu)筑物設(shè)計(jì)方面的難度。給排水作為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要組
成,承擔(dān)著重要的任務(wù),需要相關(guān)人員通過(guò)把握材料選擇、防滲漏、水池設(shè)計(jì)以及防上浮等要點(diǎn),保證給排水工程的質(zhì)量,從而促進(jìn)給排水工程的發(fā)展進(jìn)步。