石油化工企业在事故状态下产生的事故污水包括可能外溢的事故废液、消防废水、事故期间雨水。
1.1事故废液
主要为石油化工企业在事故状态下可能外溢的危险化学溶剂等有毒有害物质及露天工艺管道事故排放的废水。
1.2消防废水
由于事故时消防用水均与其它泄漏的有机化学溶剂及各类污水混为一体,消防用水将被严重污染,如直接外排,将会对环境造成污染,故该类消防废水必须进行收集和有效处置。
1.3事故期间雨水
由于发生事故的偶然性、不可预测性,发生事故时有可能正处于降雨阶段,故该期间内关键生产装置、危险化学品罐区等地方的雨水将受到污染。这部分雨水如直接外排将会对环境造成污染,故必须进行收集和有效处置。
2事故污水收集的必要性
事故污水的收集主要是通过设置于厂区内的生产污水收集系统和雨水收集系统等进行收集,并通过排水切换设施,将事故状态下的事故废液、消防废水和事故期间雨水等事故污水收集至事故池中。
3事故储存设施的计算方法及影响因素
根据《水体污染防控紧急措施设计导则》有关规定,事故储存设施总有效容积为:
V总=(V1+V2-V3)max+V4+V5
式中:(V1+V2-V3)max——指对收集系统范围内不同罐组或装置分别计算V1+V2-V3,取其中最大值
V1——收集系统范围内发生事故的一个罐组或一套装置的物料量,储存相同物料的罐组按一个最大的储罐计,装置物料量按存留最大物料量的一台反应器或中间储罐计算
V2——发生事故的储罐或装置的消防水量
V3——发生事故时可以转输到其他储存或处理设施的物料量
V4——发生事故时仍必须进入该收集系统的生产废水量
V5——发生事故时可能进入该收集系统的降雨量
从上面的公式可以看出,导则的宗旨,是考虑了石油化工企业一旦发生事故状态下最不利的情况。当事故发生了,物料泄露了,那么火灾就发生了(物料通常是易燃易爆的),再考虑正常生产的排水、天空下雨的排水,事故储存设施的容积就大了。
影响事故储存设施的因素有以下几个方面:
3.1收集系统范围内发生事故的一个罐组或一套装置的物料量V1
这个不难理解,对于罐组来讲,一般取罐组内最大的罐容积,而工艺装置,比对反应器或中间储罐,取最大的容积。
3.2发生事故的储罐或装置的消防水量V2V2=∑Q消t消
式中:Q消——发生事故的储罐或者装置同时使用的消防设施给水流量
3.3发生事故时可以转输到其他储存或处理设施的物料量V3
这个值也是不难理解的,事故状态下物料转输的越多,那么损失就越小。
以上三点(V1+V2-V3)max是一个综合考虑的值,需要比对石化企业内各个工艺装置、各个储运罐区的计算结果,因为一般来讲,储罐区的单罐容积远远大于工艺装置反应器的容积,但是储罐区消防水量说不定远远小于工艺装置的消防水量,不能想当然的下结论。
3.4发生事故时仍必须进入该收集系统的生产废水量V4
3.5发生事故时可能进入该收集系统的降雨量V5V5=10qF(V5也即雨水设计量)
式中:q——降雨强度,按日平均降雨量计算,为年平均降雨量和年平均降雨日数的比值
F——必须进入事故废水收集系统的雨水汇水面积
《室外排水设计规范》GB50014-2006(2011年版)[3]中规定,雨水设计流量为设计暴雨强度、径流系数、汇水面积三者的乘积,而暴雨强度的确定,又和降雨历时、设计重现期等等一系列的参数有关,计算比较繁琐。导则中将雨水设计量进行了简化,知道了当地的降雨量的气象条件,这个值就不难得出。
4事故污水池设计要点
4.1平面位置
事故池平面位置应结合厂区地形、车间布局综合确定,一般优先考虑就近排放量最大的装置且满足液体自流要求,事故池与周边建构筑物应保持一定的安全防护间距和卫生防护间距。
4.2事故池形式
事故池分固定式和移动式两类。固定式事故池一般为地下钢筋混凝土结构,以防渗漏,池上口一般加盖,池顶预留人孔或检修孔,池顶种草以美化环境。移动式事故池一般指可移动的槽、罐类,废水通过泵提升至槽或罐内,然后送到污水处理站集中处理,移动式事故池仅适用小型化工企业的一般事故。
4.3事故池工艺设计
事故池有效容积能收纳事故时各路排水。为确保事故池体积不被挪用,事故池内应设置抽干水泵,使池内始终保持空干。事故池内壁应有严格防腐措施,并且能耐受一定高温,池内应通风良好,防止可燃气体积聚,引发爆炸。
事故池进水,一般由管道输入,管道一般埋地设置,出水又提升泵加压后送至污水处理站,管道及设备均应满足防腐要求,管道设备均应可靠接地,用电设备宜采用防爆电机。
4.4事故污水池容积的确定
导则规定,在现有储存设施不能满足事故排水储存容量要求时,应设置事故池。
V事故池=V总-V现有
式中:V现有——用于储存事故排水的现有储存设施的总有效容积
4.4.1消防用水量
QF=∑qiti
式中:QF——最大消防用水量,m3
qi——每类消防系统消防小时流量,m3/h
i——消防系统的类别
4.4.2事故装置可能溢流出液体
4.4.2.1储罐区
4.4.2.2装置区
装置区可能泄露液体有管道、反应容器、中间罐等,装置区可能排出的液体量有两种方法。方法一,根据装置操作特点、管道直径及长度、容积或罐体尺寸计算确定。方法二,根据物料和水平衡计算结果确定。装置区一般就近设置事故存液池,但装置消防排水等“清净下水”应排入全厂事故池。
4.4.3输送流体管道与设施残留液体
由于事故紧急停车,导致管道残存液体必须排出,该部分液体也进入事故池,液体量根据管道直径及长度计算确定。
4.4.4事故时雨水量
事故时降水量一般根据降雨强度和降雨历时计算确定,雨水量等于降雨量与汇水面积的乘积。降雨强度可通过查阅当地气象资料获得,汇水面积一般取装置、罐区或堆场占地面积并适当向外延伸一定距离。
值得注意的是,罐区防火堤内容积可作为事故排水储存的有效容积,发生事故时,切断通向防火堤外部的自流管道阀门,把消防事故水储存在防火堤内,当罐区的收集量成为全厂最大量的时候,故可以通过增加防火堤高度的方式以减少事故池的容积。
排至事故池的排水管道在自流进水的事故池最高液位以下的容积可作为事故排水储存的容积。
总之,现有储存事故排水的能力越大,那么事故池的容积就越小,尤其对于已建好的石油化工企业,用地非常受限,事故池一般占地很大,通过增加其他现有储存设施有效容积的方式,可以减小事故池的容积,以节省占地。
5目前存在的问题
目前石油化工企业事故污水池容积的计算还存在以下问题:
(1)事故期间雨水量的产生与降雨强度和历时有关,实际产生量可能远远大于设计规范中规定的计算用量。
(3)当事故污水的实际产生量太大时,事故污水就会溢出事故池,流入雨水管道,污染事故发生地周围的地下水、地表水环境等。但是如果单纯地将事故池容积增大,势必又增加了土建投资。如何经济、合理地确定事故池的容积,还有待于进一步探讨。
6关于事故污水池的建议
(1)事故污水收集系统设计时可在各装置、罐区、泵区、软管交换站、装卸区等处设置切换阀门及管路,将污水和初期雨水切换至污水系统,将后期雨水切换至雨水收集系统或清下水系统,从而减少事故期间产生的事故废水量,可有效降低事故池土建投资。
(2)发生事故时,还可利用企业现有的污水系统、清下水系统和厂区内的低洼地、水景池等设施对事故污水进行收集,但进入上述设施的事故污水最终必须送至污水处理系统,不可外排。
(3)在设计事故污水收集系统时企业应积极主动地与化工园区或城市污水处理厂协调或签订协议,由化工园区或城市污水处理厂接纳部分事故污水,以减轻企业负担。
摘要：从水资源的重要性和防止水体污染出发,说明了设置事故污水池的必要性,通过水体污染防控紧急措施设计导则,对事故污水的组成、收集、事故储存设施的计算方法及影响因素、事故池的设计要点、影响事故储存的各个方面进行分析,从而对事故污水池进行合理设置,节约投资,同时对目前存在的问题与建议进行了说明。
关键词：事故储存设施,事故污水池,消防水量,生产废水,降雨强度
参考文献
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混凝土基层找平必须坚固密实，有足够的强度(一般水泥浆配合比以1：2-3为宜)。表面应清洁、干燥、无起砂，起壳、裂纹、麻面、油污等。20mm深度内含水不超过6%，做环氧树脂贴布时，阴阳角应作为小圆角，其半径为30-50mm。
2、水池施工环境：
环境温度一般以15-35℃为宜，本对温度不大于80%，在室外施工时应搭设棚盖，以防雨、防晒、防风沙。在室内施工时也应采取措施防止灰沙污染。
3、施工方法以：
环氧树脂贴布采用连续滚涂、刷涂粘接法。
(1)嵌刮腻子，基层表面或表面或层间凹凸陷不平整处，须用刮刀嵌刮腻子，予以填平，24h后再贴玻璃布。腻子不宜太厚，否则热处理时易出现龟裂。
(2)粘贴玻璃布。玻璃布的粘接顺序一般应与与泛水方向相反，先沟道、墙裙、孔洞，后地面。其搭接应了顷物料流动方向，粘接宽度一般不于50mm，各层搭接缝应错开。铺贴时玻璃布不要拉得太紧，达到基本直度即可。
(3)粘贴方法有间断法和连续法两种，应根据施工条件和要求选用。本工程施工面积大，便于流水作业，防污染的条件较好，采用连续法。
关键词:混凝土污水抗渗混凝土水灰比水泥用量砂滤灰砂比坍落度裂缝施工缝预埋件
污水处理厂工程的建设是城市总体规划的重要组成部分,它关系着当地的水环境质量,开发利用水资源,保护市民健康,对促进工农业发展起着至关重要的作用。因此,为了必保本工程质量达到优良标准,加强细部结构、关键部位的施工质量,严禁质量通病现象的出现,针对工程要求的特殊性,编制质量通病预防措施。
抗渗混凝土工程的水灰比、水泥用量、砂率、灰砂比、坍落度不准确的预防措施:
1提高普通防水混凝土抗渗性
提高普通防水混凝土抗渗性,应采取控制混凝土配合比各项技术系数的措施,通过试配求得配合设计要求的防水砼最佳配合比。
(1)水灰比:
通过试验配制,求得适宜的水灰比值,这样才能获得混凝土良好的和易性、抗渗性和耐久性。
(2)水泥用量:
1)过试验配制,求得水泥最小用量。
2)除考虑水泥用量同时,注意到粉煤灰对提高防水砼抗渗性也起一定的作用,加入粉煤灰可以改善砂子的极配,填充一部分砂粒之间的微小空隙,间接降低了混凝土的水灰比,使密实度和抗渗性有一定提高。粉细料参量应根据单位体积砼中水泥标号、水泥用量、粉细料及所需抗渗标号的高低通过试验确定。
3)砂率:水灰比和水泥用量确定之后,应选择适宜的砂率以保证混凝土中水泥砂浆的数量和质量,减少和改变空隙结构增强密实度,提高抗渗性。
防水砼砂率以35%～40%为宜。
4)灰砂比:在确定水泥用量的前提下,灰砂比不宜过大或过小,控制在1∶2～1∶2.5范围内为宜。
5)坍落度:在适宜的水灰比和砂率固定的前提下,坍落度与抗渗性有着密切关系。
2污水池结构抗渗质量通病预防措施
施工质量的优劣直接影响着防水混凝土结构的抗渗功能。如常见的有池体表面渗水,裂缝漏水,细部(预埋件、穿墙管道)渗漏水等。
2.1池体渗水预防措施
(1)混凝土底板在浇筑前,应检查地基土质是否与设计资料相同,如有变化应加以处理,之后再进行浇注,混凝土垫层底板应一次性连续浇筑完,不得留施工缝。
(2)池壁现浇混凝土应一次浇注,不宜留施工缝,并按设计和施工规范要求做好。底板与墙体间的水平施工缝。要十分注意施工缝部位的清理和捣固质量,并加入止水带。
如必须留施工缝时,应做成垂直接合面,不得留成斜坡,注意接合面砼的密实度。
(3)加强混凝土原材料管理、检验和搅拌计量工作,严格控制砂子含泥量不超过2%,石子云母不超过1%,石子含泥量不超过1%。
(4)直径较大的水池底板施工时,在钢筋砼底板与素砼垫层之间涂两层沥青或隔离剂,以降低底板的摩阻力,减少底板的温度应力,防止砼产生裂缝。
2.2砼裂缝渗漏水预防措施
(1)浇注防水砼必须使用同意品种水泥,砼的配制、浇注应按有关规定进行。
(2)根据结构断面造型、基础埋深以及使用要求等合理设置变形缝。
2.3温度裂缝预防措施
对于大体积砼应使用地热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)或掺入粉煤灰代替一部分水泥,以减少水泥水化热或掺入减水剂减少水泥用量。
2.4干缩裂缝预防措施
只有加强管理,严格按规定施工才可以减少这种裂缝的产生。
2.5施工缝处渗漏水预防措施
(1)施工缝处是防水砼工程中的薄弱部位,应尽量少留或不留,底板砼应连续浇注,不得留施工缝。底板与墙体(池壁)间如必须留施工缝时,应留在墙体,并且要高出底板上表面200～300mm,墙体(池壁)不得留垂直施工缝,必须留时应与变形缝统一起来。
(2)认真做好施工缝的处理,使上、下层砼之间的粘结密实,以阻隔地下水的渗漏。
(3)施工缝不宜采用平口缝,应尽量采用不同形式的企口缝,以延长渗水线路,必要时可采取两道防线,即以刚性处理和柔性处理相结合的形式加固施工缝。
2.6预埋件、止水螺栓、拉片、止水带等部位渗漏水预防措施
(1)施工中预埋件必须固定牢固,并加强对预埋件周围砼的振捣,加强对预埋件的保护,避免碰撞。
(2)设计时合理布置预埋件,以方便施工,利于保证预埋件周围砼的浇注质量,必要时预埋件部位的断面应适当加厚。
(3)加强预埋件表面的除锈处理。
(4)对有振动预埋铁件,应事先制成砼预制块,表面并做防水抹面处理,然后稳固与固定位置,再與砼浇成一整体预防措施。
(5)止水带埋设前,需经充分检查,发现有破损等必须修补好。
(6)止水带应按有关规定方法固定,确保其埋设位置准确。
(7)埋设底板止水带时,要把止水带下部的砼振实,然后将铺设的止水带中间向两侧挤压按实,再浇注上部砼,墙体内的止水带周围应防止骨料集中,如钢筋过密,不宜保证浇注质量时,可征得设计人员同意,适当调整粗骨料粒径或采取其它技术措施。
管道穿墙(地)部位渗漏水预防措施常温穿墙管道,可采用中间设止水片的方法以延长地下水的渗入距离,或在管道四周焊锚固筋,以便更好地与结构形成整体,避免管道受振动时,出现裂缝而渗漏,必要时还可在管道周围墙面剔槽捻灰加固。
广州市污水处理厂设计总规划为日处理污水50万t,分两期工程进行建设,一期20万t/d,二期30万t/d。接触池于2010年6月30日建成并投入使用,设有氯酸钠间、盐酸间、配电间、动力水泵房、二氧化氯发生器间、仪表间和PLC站。出水消毒采用二氧化氯消毒剂,二氧化氯发生器间共有10台复合型二氧化氯发生器,其中一期3用1备,二期5用1备;动力水泵房配备6台自吸离心泵,5用1备,一、二期接触池进水管上各设一个二氧化氯投加点,采用水射器投加,水射器进水来自中水系统,进水压力>0.3MPa。
二、改造措施
1.水泵选型
目前水泵的节能主要有以下几个方法:一是通过改进配套电机的设计,使电机在大的范围内有较高的效率;二是通过对水泵的结构设计和制造性能的改进,提高水泵的性能;三是水泵、配套电机的正确选型和合理使用。
根据现场的运行情况,经过多方面调研与比较,凸轮泵较之离心泵有一定的节能优势,决定用一台凸轮泵替代3台离心泵。凸轮泵属于容积式泵,离心泵属于叶片式泵,两者的驱动部分基本相同。凸轮泵在齿轮箱和泵腔之间有一个充满液体的隔离腔室,将同步齿轮与泵腔隔离,一方面保护同步齿轮免受流体冲刷损坏,另一方面防止齿轮箱油渗入传输的介质中;腔内的润滑油润滑转子与轴,同时保护轴不受浸蚀;转子易于更换,如若隔离腔发生泄漏,可以直观判断机械密封失效。凸轮泵的转子材料和形式可根据不同的过流介质,采用不同的材料与转子类型;可快速开启式泵盖实现快速拆卸更换转子与泵腔内的保护衬板,维护维修方便。综上所述,相对于离心泵,凸轮泵有如下优点:运行噪声低、振动小及故障率低;运行寿命长和维护周期短;流量稳定及叶轮耐腐蚀;在同功率下凸轮泵的流量是离心泵流量的两倍(表1)。
改造前后管道系统简图见图1和图2。
2.电气节能改造
大量调查统计表明,一些在运行中需要改变工况而要求进行调节的水泵,其能量浪费的主要原因通常是由于不合适的调节方式。通过分析水泵运行工况改变时的节能原理,采用变频调速节能方式,实践证明,节能效益可观。
(1)变频节能
各种生产设备在设计动力驱动时,都有一定的富余量,保证安全生产。当电机不在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。泵的传统调速方法是通过调节入口的挡板、阀门开度来调节流量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的节流过程中。采用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵的转速即可满足要求。按照流体力学的理论,轴功率转数的立方成正比,如果泵的效率一定,当要调节流量下降时,转速可成比例下降,而此时轴输出功率成立方关系下降,较之调节挡板、阀门可节能40%～50%。
(2)软启动节能
电机硬启动对电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和振动对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。使用变频节能装置后,利用变频的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命,节约了设备的维护费用。
(3)功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热,功率因数的降低导致电网有功功率的降低。大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,减少无功损耗,提高了电网的有功功率。
三、改造效果
二氧化氯发生器进水压力为p>0.3MPa时,在同电压下根据启动泵台数、二氧化氯发生器运行台数及运行电流,进行测试对比(表2),可看出凸轮泵的节能效果。
根据现场检测数据一台凸轮泵水量等于两台现有离心泵水量,以全年365天计,一年节约电量为37.19万kW·h。
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
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=160kPA,厚度为1.2米;第二层为粘土混姜石层,fak=180kPa,厚度为2米;第三层为黏土层,fak=200kPa,frb=28kPa,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27000kN,浮力为39000kN。
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:
池内填筑毛石混凝土重G2=25400kN;
池壁外挑墙址上土重G4=1950kN;
总浮力=53000kN;
总抗浮力G=55906kN;
(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=200kN。
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∑GF=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
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∑GF=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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1水池地下水位的合理确定
对设计在正常使用阶段池内均有水,仅在检修等特殊时段才排空的水池,可以根据实际情况,结合地方水文资料,确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位,做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全,又能降低工程造价、节省工程投资的双赢目的。而这一切需要土建、排水工艺设计人员共同讨论并采取一系列设计及操作措施来确保安全生产及设计意图的实现。
2伸缩缝和后浇带的设置
2.1伸缩缝的设置
2.2后浇带的设置
当设计采用UEA混凝土加强带时,依靠加强带UEA混凝土较大的膨胀应变,补偿两侧混凝土的温差应变。UEA加入到普通混凝土中,拌水后和水泥组分共同作用,生成大量膨胀结晶水化物——水化硫铝酸钙(C3A·3CaSO4·32H2O),使混凝土产生适度膨胀。在约束条件下,它通过水泥石与钢筋的粘结,使钢筋张拉,被张拉的钢筋对混凝土本身产生压缩应力(称为化学预应力或自应力),在混凝土中产生0.2MPa～0.7MPa的自应力值,可大致抵消由于混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力。即掺加UEA的混凝土的拉应力接近于0,或小于0.1mm/m～0.2mm/m。从而防止或减少混凝土的收缩开裂,并使混凝土致密化,提高了混凝土结构的抗裂防渗能力。设计人员可通过对UEA掺量的调配,补偿混凝土的收缩,使混凝土收缩当量温差不大于0,同样达到增大伸缩缝的允许间距目的。
3土建与排水工艺、设计与施工间的配合
在水池设计过程中,土建设计人员要了解水工艺设计要求。设计人员应以设计规范为依据,各专业之间互相配合,对一些构造措施应区别情况灵活掌握使用。
在水池设计中,一方面设计人员应结合具体情况,以较少的工程造价建设优质工程,另一方面设计人员对施工未按规范进行施工等施工失误所产生的渗漏裂缝处理,也应有所了解、准备,对当前常用处理裂缝及堵漏方法、所用材料应有所了解,以便更好地完成设计的后期服务。
摘要：从结构专业角度探讨生活污水池设计中的地下水位确定、伸缩缝设置、总体布置及设计与施工配合等问题,在贯彻国家技术经济政策的同时,做到了技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。
关键词：水池,地下水位,伸缩缝,后浇带
[1]黄土元.近代混凝土技术[M].西安:陕西科学技术出版社,1999.
[2]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
[3]GB50069-2002,给水排水工程构筑物结构设计规范[S].
[4]李永生.混凝土裂缝控制[J].山西建筑,2008,34(7):168-169.
结构设计基准期采用50a,地基基础等级为丙级,构筑物环境类别为二(a)类,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组,场地类别为类Ⅱ类。设计最高地下水位标高取为设计地面标高以下0.5m,抗浮安全系数为1.05。
1工程地质条件
根据地质勘察报告,本项目场地由上到下各土层分别如下。
1)①1素填土。结构松散,成分主要为粉质黏土和砂土,地基承载力特征值fak=70kPa。
2)②1粉质黏土。可塑为主,少量软塑,黏性、韧性中等,干强度中等,含砂颗粒,fak=140kPa。
3)②2淤泥。饱和,流塑,主要由黏粒、粉粒组成,土质软弱滑腻,含多量腐殖质,fak=40kPa。
4)②3粗砂。稍密、饱和,成分主要为石英、长石,含黏性土,砂质不均匀,fak=190kPa。
5)③1粉质黏土。硬塑为主,少量可塑,以粉粒为主,土质不均匀,fak=250kPa。
6)④1强风化泥质粉砂岩。风化强烈,岩石结构清晰可见,岩质极软,fak=500kPa。
7)④2中风化泥质粉砂岩。粉砂质结构,层状构造,岩质极软,fak=1000kPa。
地下水类型为第四系砂层孔隙水和基岩裂隙水2种,土层透水性和富水性差,地下水含水量较为丰富。地下水、土对混凝土及混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。
2结构设计
该生化组合池平面尺寸大、埋深较深、地质条件复杂,结构设计的难点在于地基处理、壁板厚度的确定、抗浮设计、超长结构的处理等。这些难点的处理并不是独立的,而是相互关联,需综合分析处理。
2.1地基处理
根据地质勘察报告,水解酸化池底板落于②2淤泥层,距④1强风化泥质粉砂岩层约0.5m;生物反应池底板落于②1粉质黏土层;二沉池、转盘滤池及氧化池底板落于①1素填土或②2淤泥层,淤泥层厚度达10m以上。
根据初步计算,水池地基反力在130kPa左右,因此②1粉质黏土层和④1强风化泥质粉砂岩层是天然基础理想的持力层,①1素填土或②2淤泥层不能作为持力层。由于水解酸化池下淤泥厚度较薄,仅0.5m厚,将②2淤泥层全部挖除后,揭露④1强风化泥质粉砂岩层,再换填11碎石砂垫层,压实系数≥0.95,换填处理后地基承载力特征值须≥140kPa。
二沉池、转盘滤池及氧化池下淤泥层较厚,达10m以上,不能通过挖除后换填的处理办法,须采用桩基础或复合地基处理。桩基础造价相对较高,但桩基可兼做抗拔桩,在自重不满足的情况下应首选,而复合地基造价较低,在自重不满足抗浮时考虑抗浮问题。经初步计算,二沉池、转盘滤池及氧化池抗浮系数为1.57,自重满足抗浮要求,故采用复合地基处理。复合地基可采用预制方桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、CFG桩等。预制方桩、水泥土搅拌桩造价相对较低,应优先选用,根据该污水厂周边工程地质情况,水泥土搅拌桩在淤泥中成桩较差,而预制方桩应用较广,效果良好,故二沉池、转盘滤池及氧化池采用预制方桩复合地基处理。
水解酸化池、生物反应池采用天然基础,而二沉池、转盘滤池及氧化池采用复合地基,变形难以协调,需设置沉降缝。考虑到组合池长度较长,温度应力较大,应设置变形缝,可将变形缝与沉降缝合二为一,将生化组合池通过一道变形缝分为2个独立的水池:水解酸化池、生物反应池为西池,二沉池、转盘滤池及氧化池为东池。
2.2壁板厚度的确定
池壁厚度一般根据计算的最大弯矩,按0.5%~0.8%的配筋率,将裂缝控制在0.2mm以内[1]。顶板厚度一般取150~250mm,底板厚度可取池壁厚度加50~100mm[2]。在自重抗浮缺口不大时,可适当加厚壁板厚度,利用自重抗浮。
根据初步计算,除水解酸化池壁厚为700mm外,其余水池主要受力池壁厚度均为500mm,导流墙壁厚取300mm。通常池壁厚度>700mm时采用变截面池壁以降低造价。分别采用等截面、变截面池壁,通过有限元软件分析,水解酸化池池壁计算结果如表1所示。
根据表1结果,采用变截面池壁时,由于池壁下部刚度比上部大,底部最大弯矩比采用等截面的池壁增大约25%,壁厚取850mm。在相同混凝土体积的情况下,钢筋用量增加约13%,因此采用变截面的池壁不一定经济,且施工不方便,故水解酸化池壁厚取700mm的等截面。
2.3抗浮设计
经计算,仅考虑自重抗浮,水解酸化池抗浮系数为1.08,生物反应池抗浮系数为0.97,二沉池、转盘滤池及氧化池抗浮系数为1.57。生物反应池抗浮系数不满足设计要求。
抗浮不满足时,采用自重抗浮、压重抗浮、抗拔桩、抗拔锚杆等[3]。由于生物反应池采用天然基础,且水池结构自重与地下水浮力相差不大,采用自重抗浮或压重抗浮。自重抗浮一般通过加大水池池壁、底板或顶板截面增加水池自重,压重抗浮是在底板配重、顶板覆土或底板外挑上压重进行抗浮。自重抗浮通常比压重抗浮造价较高,而采用底板配重抗浮需增加水池的开挖量,底板外挑部分上压重会增加水池底板地基反力的不均匀性,使池底板的内力增大。且不论是底板压重还是底板外挑上压重,增加的压重容重为浮容重,效果不如顶板覆土。根据计算,生物反应池顶板只需覆土0.5m,抗浮系数即可由0.97提高到1.07,且覆土后在顶板种植草皮,增加景观效果。
2.4超长结构的处理
3结语
以广东某工业园污水处理厂生化组合池为例,介绍在平面尺寸大、埋深较深、地质条件复杂条件下的大型水池结构设计。通过采用合理的分缝、顶部覆土、设置后浇带等简单有效的措施,既巧妙地解决地质不均匀、抗浮不满足等设计中的难点,又节省造价,取得良好的经济效果。该水池土建已施工完毕,尚未发现裂缝或不均匀沉降现象,效果良好,经验总结如下。
1)大型水池设计,地基处理是关键,若地质情况相差较大,可通过设置变形缝将水池分成若干稍小的水池,并采用不同的地基处理形式。
2)壁板厚度的确定,应根据最优含钢量、抗浮综合比较,选取最优值。
3)水池抗浮缺口不大时,首选压重抗浮,在条件允许时,优先选用顶板覆土。
4)超长结构可通过变形缝和后浇带减少温度应力的不利影响。采取相应措施后,水池可做到30m以下不设缝。
关键词：水池,结构设计,地基处理,抗浮
[1]GB50069—2002给水排水工程构筑物结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]CECS138:2002给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3]秦世雯.工程实践中水池抗浮方案的合理选用[J].安徽建筑,2011(3):138-139.
目前,我国并没有化工园区事故池建设导则,给化工园区事故池建设带来一定的困难。
事故池的数量与分布
化工园区内化工企业聚集,将事故池建设作为园区基础设置建设统一规划,避免企业各自建设事故池。
新建化工园区的事故池建设应在详细分析化工园区总体规划、产业规划的基础上,根据企业分布、雨水管网分布,并充分利用园区的河道、低洼地区,确定化工园区事故池的数量、分布和服务范围。老旧化工园区事故池改造还应结合园区企业事故池建设情况、储罐防火堤建设等因素综合分析园区事故池的建设需求。
事故池的容积
基本公式
其中,(V1+V2-V3)max是指对收集系统范围内不同罐组或装置分别计算V1+V2-V3,取其中最大值。(V1+V2-V3)min指对收集系统范围内不同罐组或装置分别计算V1+V2-V3,取其中最小值。
q——降雨强度,mm;按平均日降雨量;
F——必须进入事故废水收集系统的雨水汇水面积;
V1——收集系统范围内发生事故的罐组或装置的物料量。
V2——发生事故的储罐或装置的消防水量,m3;
V3——发生事故时可以转输到其他储存或处理设施的物料量,m3;
V4——发生事故时仍必须进入该收集系统的生产废水量,m3;
“石化导则法”模式
“最大事故法”模式
分析1989年青岛黄岛油库事故、2004年4月15日重庆天原化工总厂压力容器爆炸、2005年中石油吉林石化分公司双苯厂“11·13”爆炸事故、2006年7月27日江苏省盐城市射阳县盐城氟源化工有限公司临海分公司爆炸事故以及近年来其他化工企业事故,发现事故后果与现有标准规范中的假设条件,存在一定的差距。Q/SY1190-2009《事故状态下水体污染的预防与控制技术要求》是假设企业发生一个最大储罐爆炸或装置损毁的事故,而以上列举的几起事故后果显示,多是最初的事故源导致了相邻装置爆炸,周边的多个储罐区燃烧爆炸。
根据以上分析,“最大事故法”是针对化工企业的2套及以上生产装置(罐区)全部损毁的重大生产事故。假设一个最大罐组爆炸或装置全部损毁,一个最小罐组爆炸或装置全部损毁。收集系统范围内发生事故的物料量按照一个罐组全部物料量计算。收集系统范围内发生事故的一套装置的物料量,装置物料量按存留的全部物料量计算。消防水量按照发生事故的罐组或整套装置的消防水量计算。
深圳市燕川污水处理厂位于深圳市茅洲河南岸燕川大桥与洋涌闸之间。污水厂规划旱季总规模为30×104m3/d,分近、远期建设,近期工程旱季规模15×104m3/d,雨季规模45×104m3/d。近期建设生物池两座,单座生物池平面尺寸为123.8m×60.43m,池深8.45m。生物池底板位于场地设计地面下2.7m,为地面式有盖钢筋混凝土水池。
2场地工程地质条件
场地原始地貌为三面环山、一面邻河的开阔谷地,场地东侧、西侧及南侧为低山丘陵,北侧为茅洲河,根据勘查地质报告:场地抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,设计基本地震分组为第一组,场地土类型为中软～中硬土,建筑场地类别为II类。
场区内原覆有较厚人工填土和淤泥质土,经地基处理后,场区内地基承载力特征值不小于120kPa。满足生物池地基承载力要求。
场地地下水较丰富,且与地表水具互补关系,地下水位取场区设计地面下1.0m。
3生物池结构设计
3.1结构整体设计
池体尺寸较大,应设置适合温度变化作用的伸缩缝。设计沿纵向采用4道变形缝、横向一条变形缝加双墙形式将结构分成独立的10块区域。设置变形缝后,单块区域纵向尺寸不大于25m,横向尺寸不大于30m。另在钢筋混凝土池体中掺入抗裂防水剂(微膨胀剂)外加剂,变形缝缝间采用橡胶止水带、低发泡聚乙烯嵌缝板、低模量双组份聚硫密封胶填充。结构布置如图1:
本文取典型区块(平面布置图中阴影所示)进行分析,剖面图如图2。
3.2生物池顶板结构设计
根据工艺要求,生物池池顶需设封闭顶板,以集中收集废气;生物池曝气管及废气收集管在顶板上布置,顶板上覆土绿化,覆土厚度800mm。
3.2.1顶板结构形式选择
钢筋混凝土水池的顶盖,按其与池壁的连接方式,可分为现浇结构和装配式结构两种。其中装配式结构又可根据结构材料分为预制钢筋混凝土结构、钢结构、膜结构等。
相对于装配式结构,现浇结构具有整体性能好、抗震有利、顶板孔洞可根据工艺要求灵活布置等优点,同时相对于壳、膜、桁架等结构,现浇钢筋混凝土结构顶板顶面平整,方便利用,并可承受较大荷载,且施工工艺成熟。所以,对生物池顶板,采用现浇钢筋混凝土结构。
现浇钢筋混凝土顶板,按受力形式,可分为无梁板式和梁板式。对于生物池,因其中隔墙布置规则均匀,故可将中隔墙做为顶板支座,并沿池体横向设4跨连续梁,以将顶板布置成双向板。连续梁平面布置综合考虑池体变形缝间距、顶板预留检修孔观察窗孔定位,以梁间距不大于梁跨为宜。本工程顶板梁局部平面布置如图3。
3.2.2顶板结构计算
连续梁尺寸为300mm×800mm,顶板厚度为250mm。混凝土等级C30,保护层厚度40mm,
1)顶板按2边简支(梁边)、2边固定(隔墙边)双向板计算,并为避免出现裂缝,采用双层双向配筋,计算配筋为上下双层12@100。
2)梁计算:取4跨连续梁,连续梁尺寸为300×800,计算结果如下:
3.3生物池外池壁结构设计
3.3.1池壁结构计算模型选择
生物池底板厚度(700mm)大于池壁(600mm),且有1.0b(池壁厚度)外挑,其刚度大于池壁刚度10倍,故池壁下端固结与底板。
顶板厚度为250mm,相对于池壁,刚度较小,但其与池壁为整体现浇,且顶板钢筋锚入池壁,故池壁上端按弹性固定考虑。计算上,即为:分别对池壁与顶板进行构件计算,节点处不平衡弯矩根据转动刚度进行分配调整。
3.3.2池壁结构计算
取单向板外池壁受力分析,当池内有水、池外无土时(本工程外池壁控制荷载工况),池内水压作用下的计算简图及单位板宽弯矩标准值如图6:
顶板节点处弯矩分别由连续梁和双向板传递,经计算,连续梁传递弯矩标准值为430kN·m,双向板为27kN·m,根据其受力影响范围加权平均,单位板宽顶板传递池壁处节点弯矩标准值为M=430/4.7+27=118kN·m。节点处不平衡弯矩6kN·m,相对较小,可忽略。
顶板支座处的剪力标准值即为池壁上端轴向压力值,计算为100kN/m。
按混凝土等级C30,外层水平筋保护层厚度40mm,偏心受压构件计算配筋,得配筋结果为:池壁内侧下端配20mm@100mm,裂缝宽度w=0.100mm;池壁内侧上端配20mm@200mm,裂缝宽度w=0.200mm;池壁外侧配20mm@200mm,裂缝宽度w=0.141mm。
水平向钢筋按构造,配16@200。
3.4生物池底板结构设计
3.4.1底板结构计算模型选择
场地地基为处理后的填土层,地基承载力不小于120kPa,假定地基反力为均匀分布。
底板铰支于池壁上,外池壁弯矩传递至地板上,底板取单位宽截条,按四跨连续梁计算。
3.4.2底板结构计算
计算简图如下:
其中:均布反力P1=40.29kPa,池壁传来弯矩M1=-223kN·m,池壁传来轴向拉力255kN,得最大支座负弯矩标准值MB=-295.8kN·m。
按混凝土等级C30,保护层厚度40mm,偏心受拉构件计算配筋,得配筋结果为:沿受力方向:下层配(φ20+φ18)mm@100mm,裂缝宽度w=0.83mm;上层配(φ20+φ18)mm@100mm,裂缝宽度w=0.148mm。纵向构造配筋。
3.5回流污泥渠设计
两座生物池之间,设有回流污泥渠。渠道搁置在生物池池壁牛腿上,牛腿顶面铺氯丁橡胶,使渠道与生物池形成相互独立的结构单元。渠道按闭合框架计算。其结构大样如图8所示:
3.6抗震结构设计
本地区抗震设防烈度为7度(0.10g),对本工程生物池,提高一级,按8度采取抗震措施,但仍按7度进行抗震计算。
经计算,在地震作用下,池壁自重惯性力(1.98kN/m2)、动水压力值(2.6kN/m2)均较小,对按承载能力极限状态设计计算的池壁内力可忽略不计,故生物池抗震设计主要体现在抗震构造措施上。具体体现为:池壁拐角处,水平筋配筋率均大于0.3%;水平筋伸入两侧池壁长度不小于4.5m;水池池壁变形缝处钢筋增强,使其拥有抗侧力能力,节点大样为见图9。
4结语
1)水处理构筑物为薄壁空间结构,当应整体分析。但在专业有限元软件广泛运用于构筑物计算前,将结构分解成平面构件计算,仍是当前钢筋混凝土水池计算的主要方式。
2)根据水池受力特点、约束方式选择了合适的计算模型后,水池构造上应有措施保证实际情况和计算模型相符。
3)水池结构对裂缝要求控制较严,按正常使用极限状态设计为水池计算的重点。
4)水池抗震设计,除计算外,构造措施处理很重要。
摘要：通过对燕川污水处理厂生物池结构设计实例的介绍,阐述了设计中对大型地上式有盖钢筋混凝土矩形水池结构计算方案、计算模型的选择,论述了生物池结构设计的特点和设计要点,以及设计中采用的一些构造措施。
关键词：生物池,顶板,池壁,底板,计算模型
【1】陈载赋.钢筋混凝土建筑结构与特种结构手册[K].成都:四川科技出版社,1991.
【2】给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水工程结构设计手册[K].北京:中国建筑工业出版社,2007.