污水处理厂大型水工构筑物安全性能研究

污水处理厂大型水工构筑物安全性能研究第24卷第4期2006年7月市政技术MUNICIPALENGINEERINGTECHNOLOGYV0124NO4JULY,2006文章编号10097767200504024805污水处理厂大型水工构筑物安全性能研究蔡振来,周军,张建新,焦猛,陈伟旺,韩春锋1北京勤业测绘科技有限公司,北京1000362北京排水集团咨询公司,北京1000223北京排水集团京北公司,北京LOA085摘要以变形测量为手段,对污水处理厂大型水工构筑物竣工后,在运营期间进行跨年度,周期性的监测同时,还对其周围的地下水位变化进行监测对构筑物的荷载变化与沉降的关系进行试验对获取的数据进行多层次的统计与回归分析以研究大型水工构筑物在运营期间的变形规律与稳定性关键词大型水工构筑物基准点监测点沉降变形数据处理中图分类号TV332文献标识码BRESEARCHONSAFTYPERFORMANCEOFLARGEHYDRAULICSTRUCTUREINSEWAGETREATMENTPLANTCAIZHENLAI,ZHOUJUN,ZHANGJIANXIN,JIAOMENG,CHENGWEIWANG,HANCHUNFENGL概述大型水工构筑物结构安全性能研究,是当今国内外给水排水丁程界关注的课题它对污水处理厂的建设,安全运营,科学管理具有很大的现实意义11研究的目的1通过研究,确切地了解大型水工构筑物的变形程度与变化趋势发现存在的问题,采取相应的对策使污水处理厂在运行的全过程处于受控状态确保污水处理厂正常生产和安全运行2通过研究,掌握水工构筑物的稳定状态和变形规律为污水处理厂的管理提供科学依据3通过研究,验证水工构筑物地基基础,结构设计与施工工艺的正确性4通过研究掌握水工构筑物的结构安全性能与地下水位,运行工况的关系,变化规律,为设计,施工,运行管理积累经验,提供科学数据12研究的技术路线1选派经验丰富的科技人员,采用先进的监测技术,配置精密仪器设备组成精良的监测系统确保采集数据准确性收稿日期20060315作者简介蔡振来1938一,男,福建德化人,高级工程师,学士,北京勤业测绘科技有限公司总工程师主要从事_T程测量工作2对研究对象进行跨年度,长时间,周期性监测对所采集的数据进行分析与研究,掌握水工构筑物的变形与时空变化的规律,确保研究成果具有普遍性,代表性3开展多项目,多层次研究,进行深人综合分析,多项成果互相验证,确保研究成果可靠性13研究的对象6座圆形池沉淀池沉淀池直径约为571M,高约4M2研究内容与方法21大型水工构筑物沉降规律研究运用变形测量技术,对厂区内水工构筑物进行长期的,周期性的监测,对所获取的数据进行系统的分析与研究,探讨水工构筑物在运行期间的变形规律1基准点的布设在厂区的南部和东部各埋设3个基准点每个基准点距邻近构筑物的距离在50M之外相邻基准点的间距约30M,埋设深度约12M底部达卵石层基准点埋设采用冲击钻机钻孔,钻孔直径150MM中间埋设直径25MM的螺纹钢筋,周围灌注混凝土,在上部焊接球形铜质水准标志,并建造检测井对其进行保护,待稳定后,采用国家二等水准测量的方法,进行高程联测2监测点的布设2006年第4期污水处理厂大型水工构筑物安全性能研究249在每个沉淀池上布设L2个监测点监测点埋设在池体的顶部,埋深约100MM,外露约10MM,用电钻在池体的顶部打孔然后把制作好的监测点塞进去,用特种胶混合混凝土浇筑在孔内,以确保监测点和池体连接成整体埋设完成后对每个监测点用红油漆标示编号3监测周期本课题研究时间为LA15D观测1次共监测26周期4数据采集应用DINI12电子水准仪及其配套的铟钢条形码尺,按建筑变形测量规程的二级精度指标要求,采用五固定的原则进行观测,以减少系统误差的影响22大型水工构筑物沉降与地下水位关系的研究1水位观测井的布设在沉淀池与氧化沟周围均匀布设9个水位观测井,在其顶部加盖井盖,以防止外界水源的干扰,确保所量测水位的真实性在观测井的井沿上做一标志,按国家一,二等水准测量规范二等水准测量的要求,将高程引测到标志上,以确定水位观测井的高程2水位监测监测时间为LA,7D观测1次,共观测49周期期量测3次,取其平均值,以此计算出水位高程3数据处理与分析通过地下水位的周期性变化与同时段构筑物沉降变形,分析构筑物沉降与地下水位变化之间的关系23大型水工构筑物沉降与荷载关系的研究选择有代表性的构筑物对池体进行分段卸载试验,在不同荷载作用下进行沉降监测对采集数据进行统计与回归分析,探讨荷载变化与水工构筑物沉降的关系3水工构筑物安全性能研究与分析31水工构筑物沉降规律研究与分析1沉降过程线分析将监测数据绘制沉降过程曲线图由沉降过程曲线图看出监测点沉降具有一定的规律性大致可分为两个阶段第一阶段从3月8月底,呈现缓慢上升趋势第二阶段从9月次年3月,趋于平缓但又略显下沉趋势水工构筑物沉降幅度较小,以时间为轴,沉降量在2MM区间内摆动说明水工构筑物运行较平稳,正常2周期沉降量统计分析采用浮漂法量测水面到井沿上标志的高度,每周由周期沉降量统计表,得出表L表L监测点周期沉降量统计分析表从表L看出,监测点周期沉降变化值,大部分集中在LMM之内,占总测点次数的869升降次数趋于相等,符合”,”一”号概率分布原理,说明水工构筑物的周期沉降量变化较小池体运行较稳定,没有突变情况发生3沉降速率统计分析从监测点累计沉降速率表,得出表2表2沉淀池沉降速率统计分析表从表2看出沉淀池监测点累计沉降速率都在004MM/D之内满足建筑变形测量规程建筑物构筑物运营期间的指标要求4倾斜沉降统计分析由建筑物沉降分析系统绘制监测点展开图,得出表3表3水工构筑物倾斜沉降统计分析表从表3可以看出水工构筑物累计最大斜率在L之内,倾斜甚微,说明池体差异沉降量较小,构筑物沉降均匀32水工构筑物沉降与地下水位关系的研究与分析1水位周期变化统计分析对9个水位观测井49个周期的观测值进行统计得出表4从表4可以看出9个充沛,地下水位受其影响,呈上升趋势第二阶段,从9月次年3月气温下降雨量减少,大地封冻,地下水位受其影响,呈下降趋势3地下水位变化与构筑物沉降关系分析综合水工构筑物周期沉降分析及地下水位变化分析,可得出水工构筑物沉降趋势与地下水位的变化趋势大致一致,表明水工构筑物沉降与地下水位变化有一定相关性33水工构筑物负荷与沉降关系的研究与分析1水工构筑物荷载与沉降关系的统计分析从3月L9日4月27日将A沉淀池,B沉淀池注满水或排空水并对A,B两池上的12个监测点进行实时沉降监测将结果列于表5,表6从4月2日4月26日,在C沉淀池均为满负荷的状态下进行监测所得结果列于表7表5A沉淀池沉降与荷载的关系表0762050764L60767L2077079074014074330076239076564074798075L5807763707792007641607668407626307651707525007555L0741840744690747430750690748600752060761522640761500020767643150767220420740822480740320500763362280762420940748802780748240560776782420776660120764142700764A03007625L一266076284033075248303075254006074L862830742040180747L6353074722006074867339074842025282016表6B沉淀池沉降与荷载的关系表表7C沉淀池沉降与荷载的关系表从表5看出3月19日A池满负荷4月2日A池空载12个相邻周期差均呈现”号即高程上升,其值在24MLN之间平均值为305MILL4月L1日A池满负荷4月2日与4月11日的12个相邻周期差均呈现”一”号,即高程下降,其值在24MM之间平均值为一282MM4月26日A池仍保持满负荷,在12个相邻周期差中”一”号7个,”号5个,上升与下降个数趋于相等根据”,”一”的概率分布原理,属于出现大概率参阅”或”一”概率分布表从表6看出4月3日B池满负荷,4月10日B池空负荷12个相邻周期差均呈现”号根据”,盯矾叭一23333222323332,456789M一2006年第4期污水处理厂大型水工构筑物安全性能研究25卜“一“号的概率分布原理属于出现小概率高程上升值在2MM以下平均值为149MM从表7看出4月2日4月26日与A,B池相同的时间段C池都是处于满负荷状态,在12个相邻周期差中”7个,”一”5个,根据”,”一”号概率分布原理,属于出现大概率其值在1MM以下,平均值为006MM综合上面的现象可以得出大型水工构筑物的负荷与池体的沉降有密切的相关性A,B沉淀池满负荷时池体下降反之,池体上升A,B沉淀池沉降趋势一致然而变化程度略有不同这是随着时空的变化所引起的不同气象不同的水文条件等诸多因素共同影响的结果C沉淀池均处于满负荷状态,相邻周期差变化甚微再次佐证了大型水工构筑物的荷载与池体的沉降有密切的相关性的结论相邻周期高程差沉降值,出现”或”一”的概率分布属二项分布,可用下式计算PXKCKQ,当子样12时,计算结果见表82水工构筑物负荷与沉降关系的回归分析在不同负荷状态下对F沉淀池的12个监测点进行观测,由监测点高程值及其对应的荷载建立起线性回归方程表8”或”一”号概率分布表XPTX,000002441000293020O16113300537114012085050193359602255867019335980120850900537L1100016L13L100029301200O0244式中Y为监测点高程值A为回归常数为回归系数A,可用下列公式计算A一一EYB”EX一只一一NEXYEX”EY一一N一N2一所建立的线性回归方程的有效性,可用相关系数R来判定用下式计算R值,丝将F沉淀池的监测数据及其对应的计算数据列YABX于表9表9水工构筑物负荷与高程关系回归分析表从表9可以看出12个线性回归方程中所求得的相关系数R有L1个在095以上只有一个R值为08713对应于监测点的高程变化平均值的相关系数R09889932从相关系数检验临界值表中可以查得对应于自由度4,显着水平O005时,相关系数RO08114显着水平001时,相关系数RO09172可见RRO综上分析可得出大型水工构筑物负荷与沉降是密切相关的,所建立线性回归方程是有效的4结论1污水处理厂水工构筑物沉降变化较小,周期下转第277页2006年第4期埋地重力流高密度聚乙烯管道施工变形控制277244较大管径HDPE管变形控制大管径管道回填前在管内增设”十字撑”,控制管道在施工时的变形在管道的回填压实过程中要始终保持沟槽干燥,尽可能早地进行回填有效防止了管道变形,沟槽塌方,积水浮管等事故的发生25管道埋设覆土厚度理论上讲HDPE管的最小覆土厚度埋设在车行道下不宜07NL,非车行道下不宜05NL实际施工中采用最小覆土厚度时,必须采取有效措施,才能控制管道的最终变形3埋地HDPE管道的变形检测在施工中除按规程严格施工外还要经常性地进行管道的变形检测特别是在工程开始,基础土质结构和回填材料等有明显改变时应及时检测管道的铺设变形是在管区范围填筑压实后立即进行,管道的最终变形是在填土工序结束后后130D内进行在人能钻进的管道采用测量管道直径的方法,获取具体数据,对于小口径管道,由于管道SDR值较低,施工变形不大,一般只采用光束检测施工中分别选择了D400,D600,D800管道进行监测,统计数据表明,管道施工变形与时间变化的关系为在7D内管道的变形发展处于较大趋势,而7D后变化趋于平缓,与相关研究资料吻合,所以管道的变形在管区范围填筑压实7D后便基本稳定了,处理工作也可以相应展开管道的变形率可按下式计算S1一DDMXL001其中,5为管道的变形率D为管道铺设后在规定时间内测量的内径MMD为管道处于自由状态的内径MM埋地HDPE管道容许施工变形率宜控制在5范围内较小变形可考虑重新回填,提高管腋部位回填土的支撑强度当变形5时,应考虑返工4结论埋地重力流HDPE管道施工管道变形控制是施工技术的核心回填材料的选择及各部位压实度的确定是控制变形的重要方法腋角部位的回填质量是变形控制的关键参考文献【L】DBJ01132004,排水管渠工程施工质量检验标准【S】【2】DBJ01942005,高密度聚乙稀排水管道工程施工与验收技术规程【S】上接第251页沉降量在0LMM之间的测点占测点总次数的8692,且升降次数基本相等累计沉降速率都在004MM/D之内最大累计沉降斜率都在1之内表明水工构筑物运行比较稳定,正常2水工构筑物沉降与负荷变化密切相关负荷增加,池体下降反之,负荷减少池体上升,其关系符合线性回归方程3水工构筑物沉降与地下水位变化有一定相关性水工构筑物沉降与地下水位变化趋势大致相同4该污水厂运行比较稳定,正常,表明工程设计是可行的,工程施工工艺较为得当参考文献【1】陈家鼎,刘婉如