有关污水处理池的抗浮设计研究

丛丹丹（上海市政工程设计研究总院集团第七设计院有限公司 266071）

林永恒（中国石油工程建设公司华东设计分公司 266071）

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=160 k 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=41900kN；

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

N1=πdfrb/1.3=（28×π×0.15×8）/1.3=81kN；

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=41280kN；

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。

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