１８６ 防洪排水 城市道桥与防洪 ２０１３年８月第８期 浅谈重庆涪陵污水处理厂结构设计要点 贝 晗 （上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市２０００９２） 摘要：结合污水厂的设计原则，介绍了重庆涪陵山区污水处理厂的结构设计要求，并就厂区高程设计、地基处理、排水设 计等技术问题结合工程实际情况进行了阐述。 关键词：污水处理厂；结构设计；高程设计；碎石褥垫层；盲沟 中图分类号：ＴＵ９９１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１３）０８～０１８６—０２ ０引言 涪陵地处重庆市域的“长江发展主轴”、“３１９ 国道渝怀铁路发展主轴”和“乌江发展主轴”３条经 济发展轴线上，是重庆市中部区域性中心城市，长 江上游与乌江流域重要的交通枢纽和物流中心， 三峡库区具有山水园林特色的新兴工业城市，规 划远期城市人口规模达到５０万。鉴于其良好的地 理位置及区域优势，国内外许多知名企业及开发 商纷纷投资入驻，但该区目前排水系统建设滞后， 待大量工业及生活污水直排进入涞滩河并汇人长 江，将造成不可接受的环境污染，会严重制约涪陵 李渡新区的进一步发展。因此，建设涪陵李渡新区 污水处理厂势在必行。 １污水处理厂设计原则 重庆涪陵污水处理厂的设计贯彻国家关于环 境保护的基本国策，执行国家的有关、法规、 规范及标准，服从于保护三峡库区水体水质和生 态环境的总体目标。在城市总体规划的指导下，从 涪陵区的实际情况出发，采取全面规划、分期实施 的原则，既考虑近期建设又考虑远期发展，使工程 建设与城市的发展相协调，既保护环境，又最大程 度地发挥工程效益。在设计过程中，遵循如下设计 原则。 （１）在污水厂征地范围内，厂区总平面布置力 求经济、合理，并充分利用土地。在便于施工、便于 安装和便于维护的前提下，尽量减少近期工程用 地，扩大绿化面积，使厂区环境和周围环境协调一 致，并为将来发展留有余地。 （２）厂区竖向设计力求减少厂区挖填方量和节 省污水提升费用。 收稿日期：２０１３—０６—０９ 作者简介：贝晗（１９８２一），男，浙江义乌人，工程师，从事市政 工程给排水结构设计工作。 （３）确保工程的可靠性及有效性，提高自动化 水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量， 改善工人操作条件。 （４）结构设计应遵循有关的设计规范和规程， 根据构（建）筑物使用要求和受力特点，选择合理 的结构形式和计算方法；根据承载能力极限状态 和正常使用极限状态的要求，分别进行承载力、稳 定、变形、抗裂度、裂缝宽度等方面的计算和验算。 （５）厂区挡土墙设计结合现场地质勘察资料、 厂外道路标高、厂前区与水处理区构（建）筑物的 布置情况，选用合理的结构形式，降低工程造价。 ２污水处理厂结构设计要点 由于污水厂选址位于涞滩河北侧，现状场地 高差达３０ ｍ，厂区平面布置须考虑厂前区与规划 道路顺接，同时整个场地土层分布不均匀甚至局 部缺失，为减小中风化岩层的爆破开挖量，须协调 整个厂区的水力高程、构筑物布置、土石方平衡， 并根据场地的走势，确定厂区道路的布置。 与以往的污水厂设计不同，结构专业从项目 的最初阶段就已经与工艺专业深入配合，从管道 进厂的高程分析到构（建）筑物的平面布置，结合 地勘资料进行多方面的经济性比较，优化设计，减 小工程造价。 ２．１厂区高程设计 该工程厂区布置设计采用阶梯型，即厂前区 为填方区，高程较高。该区域集中设置了厂区建筑 物，通过厂区道路与处理区连接并与规划道路接 顺。既减少了施工中的土石方工程量，又合理利用 了污水扬程，同时避免处理区产生的异味、杂质对 管理区的影响。在处理区，利用现状的土层、岩层 分布对构筑物的布置进行综合考虑，既有效利用 水力高程，又综合考虑厂区土石方的平衡。 土石方平衡方面，利用计算机模型进行厂区 土方平衡分析。在厂区范围内，每隔１０ ｍ确定该 ２０１３年８月第８期 城市道桥与防洪 防洪排水 １８７ 点的高程，按污水厂的平面布置，将这些数据输入 计算机，根据工艺设计条件，经过多方案的计算比 较，确定处理区的合理高程，同时计算挖土石方量 和填土石方量，平衡高程数值，在满足工艺的设计 条件下，最大限度地减小了工程土石方量。 ２．２构（建）筑物的地基处理 对位于厂前区即填方区的建筑物，如综合楼、 加药间，为避免填方区域填方厚度不均匀、压实不 均匀等客观现象可能产生的不均匀沉降，均考虑 采用钻孔灌注桩作为建筑物的基础，桩基持力层 为中风化岩层。 对位于处理区的改良氧化沟、调节池等体量 较大的水处理构筑物，由于现状场地北高南低的 走势，其下部持力层分布不均匀，部分为强风化砂 岩层，部分为中风化砂岩层。考虑到强风化砂岩层 虽然承载力足够，但在施工期间难免泡水软化，机 械开挖过程中不可避免造成底板下的强风化岩层 中裂隙的发展，在今后使用过程中可能会出现局 部空洞，对构筑物产生不利影响。故设计中要求对 于池体下持力层为强风化砂岩层的区域，其挖除 并回填素混凝土，确保构筑物整体荷载均匀地传 至中风化砂岩层。 对于该工程中的构筑物，凡基础持力层为中 风化砂岩层的单体，为避免由于材料的线膨胀系 数不同而造成构筑物底板与中风化砂岩层地基产 生不协调变形从而出现附加应力，使得底板出现 微裂缝并随着时间的推移进一步发展。在上述单 体的素混凝土垫层与中风化砂岩持力层之间设置 １５０ ｍｍ厚碎石褥垫层的滑动层构造（见图１），避 免了上述情况发生的可能性。 中风化砂岩持力屡 构筑物底板 Ｃ１５垫层 １５０厚碎石褥垫层 图１碎石褥垫层设置（单位：ｍｍ） ２．３构筑物的抗浮及厂区排水设计 由于厂区选址临近现状涞滩河（位于厂区东 南侧），且整体地势北高南低的特点，为节省工程 造价，须合理经济设计。该工程中大型构筑物如调 节池、改良氧化沟、二沉池、接触消毒池等均不采 取永久性抗浮措施。通过计算确定构筑物正常使 用阶段放空检修时的最高地下水位值，在构筑物 位置处设计永久性警示牌，注明其放空要求以及 计算所得的放空期间最高地下水位值；并在构筑 物四周设置地下水位观察井，放空期间密切关注 地下水位情况，确保放空期间构筑物满足抗浮要 求。通过上述的管理措施来实现构筑物的抗浮设 计。由于该工程中构筑物放空检修的频率非常低， 所以抗浮管理设计具备可实施性、经济性。 因为在类似的山区工程中，出现过由于连续 降雨，导致大型构筑物在使用期间基坑内水位过 高，在水头压力差的作用下，跨度较大的底板顶部 出现超规范的裂缝进而影响到构筑物的正常使 用，所以在本次工程设计中，对于持力层为中风化 岩层的调节池、改良氧化沟、二沉池、加氯接触池， 在池体靠近涞滩河一侧的中风化岩层中设置盲沟 （见图２）。整个厂区的盲沟贯通成网络状，盲沟中 回填级配碎石，以确保基坑内积水能及时被排出， 避免上述情况的发生。同时为避免地势较高位置 处黏土层流失在盲沟处淤积拥堵排水通道，设计 时在盲沟处还设置了两层土工布包裹，实际使用 过程中起到了良好的排水效果。 Ｌ ０一 盲沟断面示意圈 厢予覃拜拜援 田歹Ｆ－ 图２百沟断面图【单位：ｍｍ） ２。４厂区边坡支护设计 由于厂区高程差达３０ ｍ，故边坡支护费用占 厂区土建费用相对大的一部分。为节省投资，该工 程设计期间，多次结合厂区详细地勘资料对厂区 道路路径进行优化设计。对于岩质边坡，根据其赤 平投影分析图，分析其裂隙情况，设置喷锚支护； 对于厂前区高填方区域，考虑到涪陵地区石材丰 富，采用了浆砌块石挡土墙，又根据道路走向及高 差不同，分布设置重力式挡土墙与衡重式挡土墙 （见图３），节省了工程投资。 为确保挡土墙使用期间的安全性，在衡重式 挡土墙上部墙体与下部墙体的交接处采用整块毛 石砌筑，并设置泄水通道，避免该位置处在外侧土 体长期作用下产生拉应力并形成通缝，影响结构 的安全性。在衡重式挡土墙根部，要求施工期间在 （下转第１８９页） ００— ２０１３年８月第８期 城市道桥与防洪 防洪排水 １８９ 为１００ ｍ（一般街坊预留支管间距为２００ ｍ），支管 水面平接是指水力计算中上游管道终端与下 总长度为２５０～３５０ ｍ。若支管管径为ＤＮ３００，管道 游管道起端的设计水面保持一致。这种衔接方法 坡度按３％。计，出户管覆土０．４ ｍ，则其管道深度在 适用于按非满流计算的污水管道，但由于污水管 １．４５～１．７５ ｍ之间。由于街坊地面一般高于道路 道管径变化差值小，管顶平接与水面平接相差一 ０．２～０．５ ｍ，因此可推断市政道路管道起点标高应 般在０．２０ ｍ以内，且水面平接施工难度较大，容易 在１．２ １．５ ｍ为宜。这样不仅可确保街坊支管的 产生误差，因此一般情况下设计污水管道也采用 接人，又可满足人行道下其他各地下管线的敷设 管顶平接。 要求（一般人行道高于车行道０．１５ ０．２０ ｍ）。 管底平接是指水力计算中上游管道终端与下 当然，每个地区的实际情况和管网设计要求 游管道起端的管底标高一致。这种衔接方法可有 均不相同，设计人员应因地制宜地确定起点高程， 效的控制下游管道的埋深，且不会影响管道内部 它是控制管道工程投资的重要因素。 的水利条件。 （２）管道坡度 虽然《室外排水设计规范》（ＧＢ ５００１４－－２００６） 在平原地区，流量确定的条件下，坡度越大， 要求雨污水管道衔接采用管顶平接或者水面平 流速越大，同时管径越小，但管道埋设深度越大， 接，但笔者认为，在设计时应根据实际情况灵活组 设计人员应该在计算的基础上，结合工程造价对 合运用。比如在地势平坦地区，雨水管道排出口低 坡度进行微调。在丘陵地区，一般道路坡度较大， 于河道常水位时，就可以采用管底平接。因为此种 管道的设计坡度应尽量与道路同坡度，从而可以 情况下的雨水管道流速、流量不再受计算坡度的 减少埋深，降低造价。对于雨水管道设计，有时出 控制，而是由管道上游水位与河道水位差产生的 水口标高在常水位以下，其设计管道并不是由坡 水力坡降线决定，所以此时雨水管道采用管底平 度控制，而是由水力坡降线控制，这种情况下设计 接方式可以大大降低下游管段的埋深，从而降低 人员更应该以造价为依据对坡度进行适当调整， 工程造价。 做到合理性设计。 （３）管道衔接方法 ３结语 一般说来，排水管道的衔接有３种方式：管顶 综上所述，影响城市排水管道经济造价的设 平接、水面平接、管底平接。 计因素包括管道材料、管道设计坡度、衔接方法、 管顶平接是指水力计算中上游管道终端与下 管道起点高程等几个方面。管网设计看似简单，但 游管道起端的管顶标高一致。这种衔接方式适用 是要真正做出一个最优的管网系统也是不易的。 于按满流计算的雨水管道，但由于雨水管道上下 作为设计人员应该多方考虑，综合实际工程情况 游管径差值较大，在地形平坦地区会导致下游管 灵活应用设计规范，为业主选择一个既满足设计 道埋设较深。 功能要求，又可节约工程投资的最佳设计方案。 （上接第１８７页） 岩石基坑开挖后应立即用Ｃ２０混凝土垫层浇筑封 闭，避免基坑泡水后岩石强度降低。 ３结语 本文依托于实际工程，简单介绍了位于山区 的污水处理厂结构设计的要点，对其中可能存在 的问题进行分析，特别是由于山区一般情况下地 基持力层承载力比较高，地基基础的处理往往容 易被忽视，当面对一些极端情况作用时，可能会产 生意想不到的问题，在设计时应该多加注意。 参考文献 【１］ＧＢ ５００１０－－２０１０，混凝土结构设计规范【ｓ】． 图３衡重式挡土墙（单位：ｍｍ） 【２】ＧＢ ５００６９－－２００２，给水排水工程构筑物结构设计规范［ｓ】．
