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污水处理厂沉井结构设计要点

发布时间:2018/5/18 13:48:41 【

污水处理厂主要是指从污染源所排出的废水,由于该类水体无法达到环境容量要求,直接排出就会造成周围环境以及水体受到污染,因此污水必须经过一定环节的处理与加工才得以排出。然而在建设污水处理厂时,若使用到深基坑支护,则会投入较高的资金,但根据相关研究表示,当污水处理厂采用沉井结构时,会减少成本投入,获取良好经济效益,为此,进行污水处理厂沉井结构设计与分析很有必要。

1、沉井结构设计一般步骤及内容

以往进行污水处理厂建设过程中,常常使用到适合的地基处理方式,向陈井施工法、敞口开挖法等方法,然而当所建设的污水处理厂地基处于天然含水量的土壤中、地下水位较高、地基土壤渗透系数大、不适合敞口开挖法、附近有其他建筑物等条件下,应使用沉井施工。进行沉井结构设计时,首先,工程单位应根据周围地质条件、水温条件,确定沉井尺寸、平面形状以及下沉深度,以便后期施工时可以有更具体、科学的参考数据;其次,工程施工单位应设计沉井结构体系,并设计出多种施工方案,从中选择可行性高、成本低、预期施工效果理想的施工方案,在方案支持下绘制出沉井结构土、水压力计算图,做好沉井结构封底混凝土厚度预算工作以及沉井结构其他构建截面尺寸;最后,在实际进行沉井结构施工过程中,仍需要根据施工中所遇到的情况进行相关数值计算,保证沉井结构强度可以满足污水处理厂使用与需求。

2、污水处理厂沉井结构设计要点

2.1沉井顶标高设计。根据污水处理厂中沉井结构用途与特点,在设计其井顶标高时,不仅需要考虑到污水处理厂对沉井结构的要求,也需要考虑到安全因素,因而在具体设计过程中,应分析污水处理厂周围水位情况,并在沉井结构终沉后,进行内部填充、封底、上部建筑作业以及相关安装,保证岸边污水处理厂井顶设计标高能够高出周围水位0.5m以上,同时也保证地面或岛面污水处理厂井顶设计标高能够高出周围水位0~0.3m之间,防止在沉井结构终沉后,流入周围地面水[1]。通常情况下,根据对污水处理厂的分析,建议沉井结构井顶标高可以超出地面0.3m甚至以上,但具体数值还需要考虑污水处理厂周围实际情况。

2.2沉井平面尺寸设计。平面尺寸设计也是沉井结构设计中一项十分重要的部分,该部分设计情况影响着沉井结构整体抗压能力、强度与刚度。我国相关施工规范中提出,沉井结构四角中任何两刃脚之间地面高差应控制在两角水平距离的1%以内,从直观数据角度上来说,四角中两刃脚之间应≤300mm,若四角中的平面两角水平距离尚未超过10m,平面设计中只允许两刃脚高差在100mm左右[2]。与此同时,从平面尺寸来说,沉井结构下沉过程中,下沉总深度在10米以内时,水平移动的范围允许达到100mm。而下沉更浅时,仅允许沉井结构水平位移<沉井结构下沉深度的1%。因此,在进行污水处理厂沉井结构设计过程中,必须考虑到沉井结构终沉深度,以终沉深度为参照,分析出平面之间的尺寸,这就要求设计单位在前期数值计算以及尺寸设计时,应进行多次试验。

2.3沉井刃脚踏面标高设计。根据对沉井结构抗冲刷强度的计算,验证所有的沉井结构刃脚应埋设足够深,但在进行污水处理厂沉井结构刃脚踏面标高设计时,应按照使用静空的要求来确定数值。首先,在设计过程中应考虑到污水处理厂处理能力以及沉井结构其他部位尺寸,通过分析沉井结构抗滑移、抗倾覆等稳定性能与沉井结构刃脚踏面标高之间的关系,从而大致确定刃脚踏面标高数值;其次,污水处理厂设计人员与管理人员应在对厂址周围地质条件以及水文条件透彻分析的状态下,对刃脚踏面标高数值进行验证与计算,分析出哪些数值还存在着不确定的问题,并以提高沉井结构稳定性为目标,不断细化与完善刃脚踏面标高数值[3]。与此同时,施工人员应对刃脚踏面标高应处于的持力层,根据地基沉降变形情况与低级承载能力,计算出较好的持力层;最后,严格按照《给排水工程刚进混凝土沉井结构设计规程》中对刃脚踏面标高所做出的规定计算允许误差,保证进行整体沉井结构设计中,可以预留出刃脚踏面标高误差。

2.4沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计。与污水处理厂沉井结构其他方面设计相比,沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计更为复杂,具体而言,在沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计时应考虑以下要求,并尽可能满足要求。一是下沉方面的要求,由于沉井结构在污水处理厂中承担着地基的作用,因此在各个阶段均需要具有抗倾覆、抗浮以及抗滑移的能力,以保证污水处理厂可以顺利运行。二是强度方面的要求,在污水处理厂建设以及污水处理厂日后运行的各个阶段中,沉井结构都必须具有足够的刚度与强度,避免污水处理厂出现下沉、坍塌等不良情况。三是抗渗方面的要求。但是由于沉井结构设计与具体施工过程中,会受到环境、工序施工难度等因素的影响,而导致污水处理厂施工无法完全按照施工设计进行,此时沉井结构容易出现偏差以及不均匀沉降的问题。当污水处理厂下方为流砂层时,进行沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计应考虑到沉井下沉过程中发生高程误差以及倾斜下沉等问题给施工带来的影响,笔者根据所收集的资料以及实际工作经验,建议施工单位在将沉井结构下沉到流砂层中时,应通过合理方式来增加沉井结构自重,让该结构可以在井壁厚度与各部位界面尺寸达到设计要求的基础上,可以提高下沉速度,并保证沉井结构内水位更高,以提高周围建筑物安全性。

3、污水处理厂沉井结构设计问题与处理方法

由于沉井结构下沉会受到地质条件等因素的影响,在下沉过程中容易出现难以下沉和下沉偏差大的问题,此时污水处理厂就需要采取以下几种处理方法,及时解决在下沉过程中发生的问题。一是增加沉井结构自重的方法,通过在沉井结构上增加重量,或砌筑沉井结构上方需要砌筑但尚未砌好部分,使得沉井结构拥有更大的自重,提高下沉顺利度;二是采取适合的沉降方法,通过采取部分排水法,使得沉井结构相对重量更大;三是提前开挖沉井刃脚周围土壤的方法,让沉井结构在下沉过程中刃脚可以处于悬空状态,以减小刃脚产生的反力;四是减小周围土壤与沉井结构之间发生的摩擦,通过冲刷沉井周围土体,提高土体平整度。在沉井结构出现下沉偏差时,也可以采用该种方式来冲刷结构较高一侧土壤,让该侧沉井结构下滑速度得到加快,从而纠正沉井偏差,让沉井结构可以在污水处理厂中发挥更大作用。

4、结束语

综述,基于沉井结构具有十分重要的作用以及不可替代的地位,污水处理厂进行沉井结构设计时,就需要认真做好沉井顶标高、平面尺寸、刃脚踏面标高、井壁厚度及各部位界面尺寸设计工作,使得沉井内力设计更为合理,让污水处理厂可以在减少建设成本支出的基础上,获取更大的社会效益与经济效益。

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