生活污水处理厂软弱土地基处理设计

目录6619摘要 第一章项目概述1.1项目背景无为县二坝生活污水处理厂项目位于安徽省无为县，地处长江西北岸约1.0km处，地理位置优越，交通便捷，区域内主要为农田和鱼塘，地势平坦，地表高程4.82m～5.89m，高差1.07m。本项目所在的地区属于长江河漫滩地貌，地质情况复杂，存在软弱土层，主要为第四纪冲积淤泥质粘性土、粉土、砂土、砂夹砾石层等软弱土层，对地基稳定性与承载力要求较高，在设计与施工中需重视地基处理问题。无为县经济快速发展，人口不断增多，生活污水排放量每年都在增长，现有的污水处理设施已经不能满足需求，要改善区域水环境质量，守护长江流域的生态环境，无为县政府决定在二坝镇创建一座现代化的生活污水处理厂，这个项目的创建有益于提升污水处理能力，缩减污染物排放，推动区域经济可持续发展，这个项目得到当地政府的高度重视和支持，相关部门在项目规划，资金筹集，技术支持等方面给予全方位保障。在项目前期勘察阶段，合肥市勘察院有限责任公司针对拟建设场执行细致的岩土工程勘察工作，总共安排了52个勘探点，其中包含技术性取样标贯孔，鉴别孔，静力触探孔以及五米小螺纹钻孔等等，通过野外钻探测试结合室内土工实验操作，全方位把握场地的地形，地貌状况，地基土的分布情况及其特性，地表水，地下水情况等相关信息，从勘察结果来看，该场地存有软弱土层，地基承载能力较差，必须实施有效的地基处理措施，这些勘察数据给后续的设计和施工给予了关键依照，保证了项目具备科学性和可行性。1.2设计目标与范围无为县二坝生活污水处理厂的设计目的在于通过科学合理的工艺设计与地基处理计划，保证污水处理设施在软弱土地基上稳固安全，从而符合长久运作的需求，该项目的核心工作就是对二坝镇及其周边地区的生活污水予以处理，其设计处理能力需做到每日可处理特定数量的污水，以保障排水水质合乎国家规定标准，此项目的开展将会切实提升区域水环境品质，缩减污染物排放量，守护好长江流域的生态环境，并推动区域经济实现可持续发展。设计范围包含污水处理厂的各个部分，涉及污水处理工艺设计，设施结构设计，地基处理设计，设备选型设计，施工组织设计等方面，在污水处理工艺设计上，项目选用氧化沟工艺，主要包含预处理，氧化沟处理，二沉池处理，消毒等环节，预处理单元包含格栅，沉砂池，用来清除污水中的大颗粒杂质和砂粒，氧化沟单元是污水处理的关键环节，依靠微生物的生化反应去除污水中的有机物和氮磷等污染物，二沉池单元用以分离污泥和清水，保证出水水质达标，消毒单元采取加氯消毒，消灭污水中的病原微生物，保证出水安全。在设施结构设计方面，项目充分考虑软弱土地基特点，采用合适的基础形式及地基处理方案，保障各构筑物的稳定与安全，地基处理方案包含水泥土搅拌桩，浅层换填，预制桩等，按照各构筑物的结构型式，埋深以及荷载大小来确定，设备选型方面，项目选用高效，节能，环保的设备，保证污水处理厂正常运作并长久稳定，施工组织设计方面，项目制订细致的施工进度计划和技术需求，保证工程按时竣工，制订施工安全管理制度，保证施工过程中的人员安全。1.3设计依据与标准无为县二坝生活污水处理厂的设计严格按照国家及行业相关规范、标准执行，保证设计的科学合理。主要设计依据有《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）、《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001，2009年版）、《市政工程勘察规范》（CJJ56－94）、《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）、《建筑地基处理规范》（JGJ79－2002）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）、《静力触探技术标准》（TBJ73—93）、《土工试验方法标准》（GB/T50123—1999）、《原状土取样技术标准》（JGJ89—92）等。这些规范和标准为项目的整体设计提供了全方位的技术指导，保障了设计的科学性与合理性，在污水处理工艺设计方面，项目按照《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）的要求执行，保证各个工艺单元的设计参数及处理效果符合国家标准，就设施结构设计而言，项目按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的要求来实施，保证各个构筑物的基础形式和地基处理方案符合软弱土地基的稳定性及承载力要求。在设备选型上，项目严格遵守国家和行业有关标准，选用高效率、低耗能、无环境污染的设备，保证污水处理厂的正常运作和长久稳定，在施工组织设计上，项目严格遵守国家和行业有关规范，制订详尽的施工进度规划和技术规定，保证工程准时完工，并且制订施工安全管理条例，保证施工期间的人身安全，通过这些规范和标准的严格贯彻，项目保证了设计的科学合理，给项目的顺利开展和长久稳定运转给予了强有力的技术支撑。

第二章污水处理工艺设计2.1工艺流程概述无为县二坝生活污水处理厂使用氧化沟工艺，此工艺具备处理成效良好，运作平稳，操作简易等长处，适宜于处理生活污水，氧化沟工艺属于活性污泥法的改良形式，依靠微生物的生化反应除去污水里的有机物以及氮磷之类的污染物，其工艺流程大致包含预处理，氧化沟处理，二次沉淀池处理以及消毒等部分，预处理部分含有格栅和沉砂池，可用来除掉污水中的大块杂质和砂粒，防止后续处理设备被堵塞或者出现磨损情况，氧化沟部分则是污水处理的关键所在，通过微生物的生化反应来清除污水中的有机物，氮，磷等污染物，而二次沉淀池负责把污泥与清水分离开，保证最后排放的水符合标准，消毒过程用的是加氯消毒，杀掉水中的致病微生物，使排出的水达到卫生标准。预处理阶段，污水先经过粗格栅和细格栅，去除大颗粒杂质和悬浮物，粗格栅栅条间距20mm，细格栅栅条间距5mm，保证去除污水中的大颗粒杂质和悬浮物，沉砂池采用旋流沉砂池，利用旋流作用去除污水中的砂粒，防止后续处理单元堵塞和磨损，氧化沟单元是污水处理的核心部分，采用Orbal氧化沟，利用微生物生化反应去除污水中的有机物和氮磷等污染物，Orbal氧化沟处理效率高，能耗低，适合处理生活污水，二沉池单元采用圆形沉淀池，利用重力沉降分离污泥和清水，保证出水水质达标，消毒单元采用加氯消毒，通过投加氯气或次氯酸钠杀灭污水中的病原微生物，保证出水安全。氧化沟工艺具备处理成效良好，运作稳定，操作简易等长处，适合用来处理生活污水，该工艺通过微生物的生化反应来清除污水里的有机物以及氮磷等污染物，它有着比较高的处理效率并且消耗的能源较少，氧化沟工艺运行较为稳定，可以适应污水水质和水量的改变情况，保证排放出去的水符合相关标准，氧化沟工艺的操作简单，其运行及维护费用低，适合于中小型污水处理厂，无为县二坝生活污水处理厂采取氧化沟工艺，就能很好地处理生活污水，从而改善当地的水环境质量，守护长江流域的生态环境。2.2主要工艺单元选择无为县二坝生活污水处理厂的主要工艺单元包含格栅，沉砂池，氧化沟，二沉池以及消毒池等，其中格栅单元又分为粗格栅和细格栅，这两个部分可用来清除污水里的大颗粒杂质与悬浮物，粗格栅的栅条间隔距离为20mm，而细格栅则是5mm，以此来保证可以有效地除掉污水中的大颗粒杂质与悬浮物，沉砂池采用旋流沉砂池，利用旋流效果把污水中的砂粒除去，避免其对后面的处理单元造成阻塞或者损坏，氧化沟单元选用Orbal氧化沟，借助微生物的生化反应来去除污水中的有机物，氮，磷等污染物，该氧化沟具备较强的处理能力并且耗能较少，比较适合处理生活污水。二沉池单元采用圆形沉淀池，依靠重力沉降分离污泥与清水，保证出水水质，二沉池设计直径17.42米，深度4.0米，通过自重和软弱下卧层验算，确保二沉池的稳定性，消毒单元采用加氯消毒，通过投加氯气或次氯酸钠杀死污水中的病原微生物，保证出水安全，加氯间采用上部框架结构，柱下独立基础，保证加氯间的稳定和安全，污泥处理单元包含污泥浓缩池和污泥脱水车间，处理污水处理过程中产生的污泥，污泥浓缩池采用重力浓缩池，依靠重力沉降浓缩污泥，降低污泥体积，污泥脱水车间采用带式压滤机，依靠机械压滤脱水污泥，降低污泥含水率。主要工艺单元的选择要充分考虑到污水处理工艺的要求和场地的条件，保证各个单元处理的效果和运行的稳定性，格栅和沉砂池单元的设计要保证去除污水中大颗粒的杂质和砂粒，避免后续处理单元的堵塞和磨损，氧化沟单元的设计要保证去除污水中的有机物和氮磷等污染物，保证出水水质达标，二沉池单元的设计要保证分离污泥和清水，保证出水水质达标，消毒单元的设计要保证杀灭污水中的病原微生物，保证出水安全，污泥处理单元的设计要保证处理污水处理过程中产生的污泥，降低污泥的体积和含水率。2.3工艺参数设计无为县二坝生活污水处理厂的工艺参数设计要考虑污水流量，水质等参数，从而保证各个工艺单元的处理能力与运行效果，该污水处理厂的设计处理能力是每天能处理到一定量的污水，并保证出水水质符合国家标准，格栅单元的设计参数包含栅条间距，栅条宽度，栅条高度等等，粗格栅的栅条间距是20毫米，细格栅的栅条间距则为5毫米，以此来除掉污水当中较大颗粒状的杂质以及悬浮物。沉砂池的设计参数涉及沉砂池的直径，深度，旋流速度等方面，此污水处理厂采取旋流沉砂池，利用旋流原理清除污水里的砂粒，避免其对后续处理单元造成阻塞或者磨损。氧化沟单元设计参数包含氧化沟的长度、宽度、深度以及曝气量等，氧化沟采用Orbal氧化沟，利用微生物的生化反应来去除污水中的有机物和氮磷等污染物，Orbal氧化沟的设计长度为24.12米，宽度为8.0米，深度为4.3米，通过自重计算、软弱下卧层验算以及稳定验算，确保其稳定性，二沉池单元设计参数包括二沉池的直径、深度以及沉淀时间等，二沉池的设计直径为17.42米，深度为4.0米，通过自重计算以及软弱下卧层验算，确保其稳定性，消毒单元设计参数包括消毒剂的投加量以及接触时间等，消毒单元采用加氯消毒，通过投加氯气或者次氯酸钠来杀灭污水中的病原微生物，从而保证出水的安全性。污泥处理单元的设计参数包含污泥浓缩池的直径、深度以及浓缩时长等等，污泥浓缩池采取重力浓缩池，依靠重力沉降来对污泥实施浓缩，缩减污泥量，污泥脱水车间的设计参数涵盖带式压滤机的带宽，压滤时长以及压滤压力等等，污泥脱水车间运用带式压滤机，利用机械压滤来使污泥脱水，减小污泥的含水率，工艺参数的设计全面顾及到了污水处理工艺的需求和场地情况，保证各个单元的处理成效和运作平稳程度，通过科学适当的工艺参数设计，无为县二坝生活污水处理厂可以有效地处置生活污水，改良当地的水生态环境状况，维护好长江流域的生态环境。

第三章污水处理设施设计3.1设施总体布局无为县二坝生活污水处理厂的设施总体布局依照工艺流程合理，功能区分明，交通便捷，节省土地等准则，以保证污水处理厂能够高效运转并维持长久稳定，厂区占地总面积大约达到某一规模，按照工艺流程以及功能需要把厂区划分成预处理区，氧化沟处理区，二沉池处理区，消毒区，污泥处理区以及辅助设施区等，预处理区处于厂区入口位置，其中包含粗格栅，细格栅以及沉砂池，其目的在于除掉污水当中的大块杂物与砂粒，以免影响到后续处理单元的正常运作甚至造成堵塞或者磨损现象发生。氧化沟处理区处在厂区中间部位，涵盖氧化沟以及曝气装置，借助微生物的生化反应来消除污水里的有机物，氮，磷等污染物质。二沉池处理区处在氧化沟处理区之后，其中包含二沉池与污泥回流设备，通过重力沉降来区分污泥和清水，保证出水符合标准，消毒区处于二沉池处理区后面，其涵盖了加氯间和接触池，借助投加氯气或者次氯酸钠来杀死污水里的病原微生物，以保障出水安全，污泥处理区位于厂区西北方向，其中设有污泥浓缩池以及污泥脱水车间，主要用来处理污水处理时生成的污泥，辅助设施区坐落于厂区东南方向，这里面有办公楼，仓库，机修间，变配电室等等，给污水处理厂的运作给予必要的支撑和服务。厂区道路系统采用环形布置，保证各个功能分区之间交通便捷，厂区主干道宽6米，次干道宽4米，符合车辆通行及消防要求。厂区绿化系统采用乔灌草相结合，美化厂区环境，降低噪声、粉尘污染。厂区排水系统采用雨污分流制，雨水经雨水管道排入厂区外雨水管网，污水经污水管道进入污水处理厂处理。厂区供电系统采用双回路供电，确保污水处理厂正常运行、长期稳定。厂区供水系统采用市政供水，确保污水处理厂用水。设施总体布局充分考虑工艺流程和功能需求，保证各功能分区之间协调、配合，通过科学合理的布局，无为县二坝生活污水处理厂能够正常运行，出水水质达标，改善区域水环境质量，保护长江流域的生态环境。3.2二沉池设计3.2.1二沉池结构设计二沉池属于无为县二坝生活污水处理厂关键构筑物范畴，它具备重力沉降能力，可以把污泥同清水分开，保证污水合乎排放标准，二沉池结构设计依照安全，经济，合适的准则，要保障其在软弱地基上具有稳定性与安全性，二沉池选用圆形沉淀池，直径设计成17.42米，深4.0米，通过自重计算以及软弱下卧层检验，以保障其稳定性能，二沉池的池壁用钢筋混凝土结构，池底采取钢筋混凝土底板，以此来保证池体的结构强度与耐用程度。二沉池池壁设计采用环形布置，使水流均匀分布，提高沉淀效果，池壁厚度0.3m，采用C30混凝土，钢筋采用HRB400级钢筋，保证结构强度和耐久性，池底设计采用钢筋混凝土底板，厚度0.4m，采用C30混凝土，钢筋采用HRB400级钢筋，保证结构强度和耐久性，二沉池进水口设计采用中心进水，使水流均匀分布，提高沉淀效果。3.2.2二沉池自重计算承载力验算：1、池壁自重：G1=（16.42-16.02）x4.0x3.14x25+(1.02-0.62)x4.0x3.14x25=4270.42、底板自重：G2=17.42x3.14x0.6x25=14260.03、垫层：G3=17.52x3.14x0.1x25=2404.14、覆土重：G4=（17.42-16.42）x3.14x3.5x18=6686.35、满水时水重：G5=16.02x3.14x4.0x10=32153.6总自重：G=59774.4基底压力：p=63KN/m2处理后地基承载力特征值分别为：fak=130Kpa承载力满足要求。软弱下卧层验算：根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中5.2.7条计算。（地下水位按-0.5m计）软弱下卧层顶面处的附加压力值：pz=55.2KPa软弱土下卧层顶面处土的自重压力值：pcz=107KPa软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值：faz=214.4Kpapz+pcz=162.2KPa<faz=214.4Kpa，满足要求3.3氧化沟设计3.3.1氧化沟结构设计氧化沟属于无为县二坝生活污水处理厂的关键构筑设施，它主要发挥借助微生物生化反应来清除污水里有机物，氮磷之类污染物质的作用，氧化沟的结构设计遵照安全，经济，合适的准则，保证它在软弱地基上稳固可靠，氧化沟采取Orbal氧化沟，长24.12米，宽8.0米，深4.3米，通过自重计算，软弱下卧层验算以及稳定验算，保障其稳定性，氧化沟的池壁用钢筋混凝土制成，池底也是钢筋混凝土底板，从而保证其结构强度与耐用度。氧化沟的池壁设计呈环形布局，保证水流均匀分布，从而改善处理效果，池壁厚度达0.3米，选用C30混凝土，钢筋用HRB400级钢筋，保障结构强度与耐用度，池底设计采取钢筋混凝土底板，厚度为0.4米，使用C30混凝土，钢筋也是HRB400级钢筋，以维持结构强度与耐用度，氧化沟的进水口设计成多点进水形式，促使水流均匀分布，改良处理效果，进水口采用钢筋混凝土构造，直径为0.5米，用C30混凝土，钢筋用HRB400级钢筋，以此来保证结构强度和耐用度。氧化沟的曝气设备设计使用微孔曝气器，保证氧气均匀散布，提升微生物的生化反应速度，曝气器位于氧化沟底部，间隔0.5米，这样可以使氧气均匀散布，曝气器用不锈钢制造，保障它具备抗腐蚀能力与耐用性，氧化沟出水口设计成溢流堰，从而保证出水均匀，改良处理效果，出水口选用钢筋混凝土构造，宽度达1.0米，采用C30混凝土，钢筋用HRB400级钢筋，以此来保证结构强度及耐久性。氧化沟的结构设计充分考虑到污水处理工艺的要求以及场地条件，保证氧化沟处理效果和运行的稳定性，通过对氧化沟的结构设计，无为县二坝生活污水处理厂的氧化沟可以有效的去除污水中的有机物以及氮磷等污染物，保证出水水质达标，改善区域水环境质量，保护长江流域的生态环境。3.3.2氧化沟自重计算承载力验算：1、池壁自重：G1=[（3.14x23x2+8.0x2x0.4+(3.14x15.75x2+3.14x8.5x2+8x4)x0.25+(3.14x2.1x2+8x2+8)x0.4]x4.3x25=13451.722、底板自重：G2=[(24.12-202)x3.14+8x4.1]x0.5x25+(202x3.14+40x8)x0.25x25=17356.83、垫层：G3=13456.44、覆土重：G4=[(24.12-23.42)x3.14+8x0.7x2]x3.2x18=6658.565、满水时水重：G5=(23.02x3.14+8x46)x4.3x10=87249.5总自重：G=138172.98基底压力：p=63.5KN/m2处理后地基承载力特征值分别为：区域一：fak=140Kpa区域二：fak=90Kpa软弱下卧层验算：根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中5.2.7条计算。（地下水位按-0.5m计）软弱下卧层顶面处的附加压力值：pz=36KPa软弱土下卧层顶面处土的自重压力值：pcz=104.6KPa软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值：faz=212.8Kpapz+pcz=140.6KPa<faz=212.8Kpa，满足要求氧化沟稳定验算：（1）荷载计算1.土压力计算：由于地面水平，墙背竖直且光滑，土压力计算选用朗金理论公式计算：Ka=0.333悬臂底水平压力：σ1=40.5KN/m22.水压力计算：悬臂底水平压力：σ2=38KN/m23.竖向荷载计算（取每延米计算）（1）立板自重力G1：G1=43KN/m（2）底板自重G2：G2=51.3KN/m（3）水重力G3：G3=114KN/m（4）趾板上的土重力G4：G4=40.3KN/m（2）抗倾覆稳定验算：（分别按最不利工况内水外空及外土内空的情况下进行计算）1.内水外空：G1=43KN/m；X1=0.9mG2=51.3KN/m；X2=2.05mG3=114KN/m；X3=2.6m稳定力矩：Mzk=440.3KN.m/m倾覆力矩：Mqk=91.5KN.m/mK0=440.3/91.5=4.8>1.5稳定2.外土内空：G1=43KN/m；X1=3.2mG2=51.3KN/m；X2=2.05mG4=40.3KN/m；X4=3.75m稳定力矩：Mzk=393.9KN.m/m倾覆力矩：Mqk=206.4KN.m/mK0=393.9/206.4=2.0>1.5稳定（3）抗滑移稳定验算：竖向力之和：Gk=ΣGik=248.6KN/m抗滑力：Gk.f=248.6x0.4=99.44KN滑移力：E=10x3.8x3.8/2=72.2KNKC=99.44/72.2=1.38>1.3满足（4）地基承载力地基承载力采用设计荷载，分项系数：土荷载：1.2；自重：1.2；基础底面偏心距e。：Mv=454.4KN.m/mMh为水平力引起的弯矩：Mh=91.5KN.m/m总竖向力：Gk=248.6KNe=（454.4-91.5）/248.6=1.46偏心距e。=B/2-e=4.1//2-1.46=0.59m<B/6=0.68地基压应力：Δmin/max=248.6/4.1[1±（6x0.59/4.1）]=60.63x(1±0.86)Δmin=8.5,Δmax=112.8皆小于1.2f=1.2x140=168KN/m2，满足。（5）结构内力计算a.池壁1）内水外空弯矩：M=97KN.m配筋：18@100（内侧）1裂缝宽度验算：1.1基本资料1.1.1工程名称：1.1.2矩形截面受弯构件，截面尺寸b×h＝1000×400mm1.1.3受拉纵筋面积As＝2545mm，钢筋弹性模量Es＝200000N/mm1.1.4纵筋根数、直径：第1种：10Φ18，受拉区纵向钢筋的直径d＝∑(ni·di2)/∑(ni·di)＝18mm，带肋钢筋的相对粘结特性系数υ＝0.71.1.5最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离c＝35mm，纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离as＝49mm，h0＝351mm1.1.6混凝土轴心抗拉强度标准值ftk＝2.01N/mm1.1.7弯矩值Mq＝97kN·m1.1.8设计时执行的规范：《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069－2002），以下简称给排水构筑物规范1.2最大裂缝宽度验算1.2.1按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率ρte，按下式计算：ρte＝As/(0.5·b·h)＝2545/(0.5*1000*400)＝0.012721.2.2按荷载效应的准永久值组合计算的纵向受拉钢筋应力σsq，按下列公式计算：受弯：σsq＝Mq/(0.87·As·h0)（给排水构筑物规范式A.0.2－1）σsq＝97000000/(0.87*2545*351)＝125N/mm1.2.3对于受弯构件，系数α1＝01.2.4裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ，按给排水构筑物规范式A.0.1－2计算：ψ＝1.1-0.65ftk/(ρte·σsq·α2)1.2.4.1对受弯构件，系数α2＝11.2.4.2ψ＝1.1-0.65*2.01/(0.01272*125*1)＝0.279当ψ＜0.4时，取ψ＝0.41.2.5最大裂缝宽度ωmax，按给排水构筑物规范式A.0.1－1计算：ωmax＝1.8·ψ·σsq·(1.5c+0.11d/ρte)(1+α1)·υ/Es＝1.8*0.4*125*(1.5*40+0.11*18/0.0127)*(1+0)*0.7/200000＝0.068mm≤ωlim＝0.2mm，满足要求。2）外土内空：弯矩：M=90KN.m配筋：18@100（外侧）1裂缝宽度验算：1.1基本资料1.1.1工程名称：1.1.2矩形截面受弯构件，截面尺寸b×h＝1000×400mm1.1.3受拉纵筋面积As＝2545mm，钢筋弹性模量Es＝200000N/mm1.1.4纵筋根数、直径：第1种：10Φ18，受拉区纵向钢筋的直径d＝∑(ni·di2)/∑(ni·di)＝18mm，带肋钢筋的相对粘结特性系数υ＝0.71.1.5最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离c＝35mm，纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离as＝44mm，h0＝356mm1.1.6混凝土轴心抗拉强度标准值ftk＝2.01N/mm1.1.7弯矩值Mq＝90kN·m1.1.8设计时执行的规范：《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069－2002），以下简称给排水构筑物规范1.2最大裂缝宽度验算1.2.1按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率ρte，按下式计算：ρte＝As/(0.5·b·h)＝2545/(0.5*1000*400)＝0.012721.2.2按荷载效应的准永久值组合计算的纵向受拉钢筋应力σsq，按下列公式计算：受弯：σsq＝Mq/(0.87·As·h0)（给排水构筑物规范式A.0.2－1）σsq＝90000000/(0.87*2545*356)＝114N/mm1.2.3对于受弯构件，系数α1＝01.2.4裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ，按给排水构筑物规范式A.0.1－2计算：ψ＝1.1-0.65ftk/(ρte·σsq·α2)1.2.4.1对受弯构件，系数α2＝11.2.4.2ψ＝1.1-0.65*2.01/(0.01272*114*1)＝0.203当ψ＜0.4时，取ψ＝0.41.2.5最大裂缝宽度ωmax，按给排水构筑物规范式A.0.1－1计算：ωmax＝1.8·ψ·σsq·(1.5c+0.11d/ρte)(1+α1)·υ/Es＝1.8*0.4*114*(1.5*35+0.11*18/0.0127)*(1+0)*0.7/200000＝0.060mm≤ωlim＝0.2mm，满足要求。b.底板（按最不利工况内水外空计算）1裂缝宽度验算：1.1基本资料1.1.1工程名称：1.1.2矩形截面受弯构件，截面尺寸b×h＝1000×500mm1.1.3受拉纵筋面积As＝2545mm，钢筋弹性模量Es＝200000N/mm1.1.4纵筋根数、直径：第1种：10Φ18，受拉区纵向钢筋的直径d＝∑(ni·di2)/∑(ni·di)＝18mm，带肋钢筋的相对粘结特性系数υ＝0.71.1.5最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离c＝40mm，纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离as＝49mm，h0＝451mm1.1.6混凝土轴心抗拉强度标准值ftk＝2.01N/mm1.1.7弯矩值Mq＝112.8kN·m1.1.8设计时执行的规范：《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069－2002），以下简称给排水构筑物规范1.2最大裂缝宽度验算1.2.1按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率ρte，按下式计算：ρte＝As/(0.5·b·h)＝2545/(0.5*1000*500)＝0.010181.2.2按荷载效应的准永久值组合计算的纵向受拉钢筋应力σsq，按下列公式计算：受弯：σsq＝Mq/(0.87·As·h0)（给排水构筑物规范式A.0.2－1）σsq＝112800000/(0.87*2545*451)＝113N/mm1.2.3对于受弯构件，系数α1＝01.2.4裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ，按给排水构筑物规范式A.0.1－2计算：ψ＝1.1-0.65ftk/(ρte·σsq·α2)1.2.4.1对受弯构件，系数α2＝11.2.4.2ψ＝1.1-0.65*2.01/(0.01018*113*1)＝-0.034当ψ＜0.4时，取ψ＝0.41.2.5最大裂缝宽度ωmax，按给排水构筑物规范式A.0.1－1计算：ωmax＝1.8·ψ·σsq·(1.5c+0.11d/ρte)(1+α1)·υ/Es＝1.8*0.4*113*(1.5*40+0.11*18/0.0102)*(1+0)*0.7/200000＝0.072mm≤ωlim＝0.2mm，满足要求。

第四章结构计算与设计4.1结构设计原则无为县二坝生活污水处理厂的结构设计按照“安全可靠、经济合理、技术先进、方便施工”的基本原则展开，鉴于项目所在地存在软弱土地基的地质状况，设计采用“整体协调、重点加强”的设计理念，保证各个构筑物在长时间使用过程中的安全与耐久，就结构选型而言，考虑到污水处理构筑物的特性，选用钢筋混凝土现浇结构作为主要结构形式，局部预制构件作为辅助结构形式，在结构设计方面，严格依照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）等国家现行规范标准的要求。结构设计考虑污水处理厂的特殊使用环境，做好防腐工作，对长期处在潮湿环境下的混凝土结构，采用抗渗等级不低于P6的防水混凝土，掺入一定量的防腐剂；对处在污水里的金属构件，采用不锈钢或者热浸镀锌等防腐方法，针对软弱的土地，设计合理的基础形式和地基处理办法，严格控制构筑物的沉降量和沉降差，大型的水池类构筑物采用整体式基础，设置必要的变形缝，以适应地基的不均匀沉降。抗震设计是本工程的要点之一，依照《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），项目所在地域抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，结构设计遵照“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目的，采用对应的抗震构造手段，针对池壁转角，洞口周边这些应力集中区，适量增大配筋量，对于设备基础这类附属结构，则要执行有效的锚固手段，保证其在地震情况下的安全稳固。结构设计也考虑到施工的可行与便利，结构安全的前提下尽可能采用标准化、模数化设计，减少异型构件的使用。对于大型水池类构筑物，合理设置施工缝和后浇带，既保证施工质量，又方便施工组织。同时考虑后期维护的便利，在适当位置设置检修孔、爬梯等附属设施，为运营期维护管理创造条件。4.2荷载计算本工程荷载计算按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）进行，考虑各种可能的荷载组合情况。永久荷载有结构自重、土压力、水压力等；可变荷载有活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用等；特殊荷载有地震作用、施工荷载等。结合污水处理构筑物的特点，着重考虑水压力、土压力等特殊荷载的作用。水池类构筑物的水压力根据不同的设计水位分别计算正常使用、检修、事故等状态下的作用；地下或者半地下结构的土压力采用静止土压力计算，考虑地下水对土压力的影响。结构自重，钢筋混凝土容重取25kN/m³，素混凝土容重取24kN/m³，大型水池类构筑物除考虑结构自重外，还应考虑池内水重、设备重等附加恒载。活荷载根据构筑物的使用功能确定，走道平台取3.5kN/m²，检修平台取4.0kN/m²，屋顶取0.5kN/m²（不考虑上人），风荷载按50年一遇的基本风压0.35kN/m²计算，考虑地形修正系数和风振系数，雪荷载按50年一遇的基本雪压0.45kN/m²计算，考虑积雪分布系数。地震作用计算采用反应谱法，按7度（0.10g）抗震设防，场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第一组，水平地震影响系数最大值取0.08，特征周期取0.45s。对于大型水池类构筑物，除计算结构自身的地震作用外，还应计算动水压力对池壁的作用。温度作用考虑季节温差及内外温差的影响，混凝土结构温度变化取±20℃，相应的温度应力由配置温度钢筋来控制。荷载组合根据承载能力极限状态和正常使用极限状态分别考虑，基本组合用于结构构件的强度计算，标准组合用于裂缝宽度和变形验算，准永久组合用于地基变形计算。水池类构筑物特别注重满水和空池这两种极端工况的验算，保证在各种工况下结构都是安全的。所有荷载计算均使用专业结构计算软件进行复核，保证计算的正确性。4.3结构稳定性分析结构稳定性分析属于本工程设计的关键部分，包含抗浮稳定性，抗滑稳定性，整体倾覆稳定性等方面的计算，针对项目所在地软弱土地基的特性，格外看重地基稳定性分析，抗浮稳定性验算要考量地下水位变动的最不利情形，对于地下或者半地下构筑物，抗浮安全系数不少于1.05，要是抗浮稳定性不达标，就用加大结构重量，设置抗浮桩或者排水减压等有效办法来加以改进，本工程的二沉池，氧化沟这类大型水池类构筑物，在空池工况下都做了严格的抗浮验算，保证符合稳定性要求。抗滑稳定性分析主要针对挡土墙、护坡等，考虑土压力、水压力等水平荷载，抗滑安全系数不小于1.3，不满足要求时采取加深基础、设抗滑键等措施。整体倾覆稳定性验算对高度较大独立结构物很重要，抗倾覆安全系数不小于1.5。本工程加氯间、鼓风机房等附属建筑物均进行了倾覆稳定性验算，在各种荷载组合工况下都是安全的。结构整体分析用有限元法，创建三维计算模型，包含结构-地基共同作用，针对大型水池类构筑物，模仿实际边界条件，分析在水压力，土压力等荷载影响下的内力分布和变形状况，着重考察结构薄弱部位的应力集中情况，池壁转角，洞口周边等地，通过局部加强配筋等办法保障安全，抗震稳定分析选用时程分析法，输入三条符合场地特性的地震波，检验结构在大震作用下的弹塑性变形，保证做到“大震不倒”的抗震设防标准。稳定性分析还要考虑施工过程中的特殊工况，针对分期施工的大型构筑物，分析各个施工阶段的结构稳定性，对于深基坑工程，开展支护结构的稳定性分析，对于水池类构筑物的试水过程，制订分级加载方案，监测结构的变形与应力变化，所有的稳定性分析结果都符合规范要求，而且留有一定的安全余量，保证结构在整个使用期间的安全可靠，经过全面的稳定性分析，给工程的安全施工和长久运营给予了强有力的支撑。

第五章设备选型与安装5.1主要设备选型无为县二坝生活污水处理厂设备选型本着技术先进、运行可靠、经济合理、维护方便的原则，以保证污水处理工艺高效稳定运行。在预处理单元中，粗格栅选用回转式机械格栅除污机，栅条间距20mm，处理能力500m³/h，不锈钢材质栅条，防腐电机，自动清渣，过载保护；细格栅选用螺旋式格栅除污机，栅条间距5mm，处理能力450m³/h，304不锈钢材质，自动清洗装置。沉砂池选用旋流沉砂器，直径2.5m，处理能力400m³/h，碳钢防腐材质，砂水分离器，螺旋输送机，除砂率95%以上。生化处理单元，氧化沟选择3台离心式鼓风机，每台风量60m³/min，风压68.6kPa，采用变频调节，配套微孔曝气器1200套，采用EPDM膜片，服务面积0.5㎡/个，氧利用率≥30%。混合液回流泵选择4台潜水轴流泵，每台流量500m³/h，扬程3m，功率11kW，采用双机械密封和过热保护装置。二沉池选择2台周边传动刮泥机，直径17.5m，线速度2.5m/min，驱动功率1.5kW，采用过扭矩保护装置和现场控制箱。消毒单元配置二氧化氯发生器2台，单台产量5kg/h，采用负压曝气工艺，配套余氯在线检测仪、自动投加装置。污泥处理单元配置带式浓缩脱水一体机2台，处理量40m³/h，带宽2m，自动张紧、纠偏，出泥含水率≤80%。电气设备选择智能型低压配电柜8台，配有PLC控制系统、触摸屏人机界面，对各设备运行参数实行实时监控，并可实现远程控制。主要设备均设备用机组，保证污水处理厂的正常运行。设备选型时，着重考量如下技术参数：处理能力超出设计规模120%的余量需求；能耗指标合乎国家一级能效标准；设备材质达到防腐要求，水下部分用不锈钢或者工程塑料；控制系统具有自动与手动切换功能；重要设备配有运行状态检测及故障警报装置，通过公开招标以及专家评定，最后选定国内外著名品牌的优良产品，保证设备性能稳定，技术领先，售后完备，设备供应方要给出详尽的技术资料，操作指南以及培训服务，并保证最少三年的质量保障期限。5.2设备安装与调试设备安装前施工单位要编制安装方案，包含基础验收、设备就位、精度调整等重要工序的控制办法，土建基础需达设计强度，预埋件位置偏差≤5mm，基础表面平整度误差≤3mm/m，大型设备用汽车吊装，吊装前吊具安全系数≥6倍，划定安全警戒区，鼓风机等精密设备安装时，用激光对中仪保证电机与主机同轴度偏差≤0.05mm，底座安装水平度误差≤0.1mm/m，管道安装按“先大管后小管、先地下后地上”执行，不锈钢管道用氩弧焊，焊后酸洗钝化。电气设备安装遵守GB50254规范，电缆敷设前执行绝缘检测，高压设备耐压试验电压是额定电压的2.5倍，控制系统安装的时候，信号电缆和动力电缆分层布置，间距大于等于300毫米，模拟量信号用屏蔽双绞线，全部设备接地电阻小于等于4欧姆，防雷接地体系单独设立，接地极间距大于等于5米，设备就位以后，要开展24小时通水试运行，检查轴承温升不大于35度，振动值不大于4.5毫米每秒，噪声不大于85分贝（A）等指标，单机调试包含格栅除污机持续8小时运转查看清渣效果，鼓风机在不同负荷条件下检测风量和电流，曝气系统做均匀性检测，各个曝气器通气量偏差小于等于10%。系统联动调试分清水调试和污水调试两个阶段，清水调试时按设计流程全线通水，检测各构筑物水位衔接，设备联锁是否正常，检验PLC程序控制逻辑，着重检查提升泵与格栅的液位连锁，鼓风机与DO仪的反馈控制，污泥回流比的自动调节等。污水调试阶段逐渐加入实际污水，开始负荷为设计值的30%，以后每星期递增20%至满载，此阶段主要观察氧化沟MLSS浓度稳定在3000-4000mg/L，二沉池污泥沉降比（SV30）在20%-30%之间，出水COD,氨氮等指标是否达到排放标准，并做好整个调试过程的运行参数记录，完成设备性能考核报告。调试结束后开展72小时连续运行考核，各项工艺指标稳定达标后进入试运行，设备管理人员要创建设备台账和技术档案，制订操作规程和养护制度，安排操作人员岗位培训，完善应急预案和备品备件清单，设备供应商需派遣技术人员现场指导30天，解决试运行过程中的问题，最终验收时设备性能要符合以下标准：处理能力达设计能力的120%；出水水质稳定达标；能耗指标不超过设计值的10%；设备无故障运行时间≥1000小时。验收合格之后进入一年质量保证期，供应商须给予定期回访并承担免费维修。

第六章工程预算与成本分析6.1工程量计算无为县二坝生活污水处理厂的工程量计算严格遵循《建设工程工程量清单计价规范》（GB50500-2013）和《市政工程工程量计算规范》（GB50857-2013）的要求，采用分部分项工程逐项计算的方法。土建工程方面，场地平整工程量计算采用方格网法，总面积约15,000平方米，土方开挖量约25,000立方米，回填量约18,000立方米；钢筋混凝土工程中，氧化沟结构混凝土用量约1,200立方米，钢筋用量约180吨；二沉池底板混凝土用量约450立方米，池壁混凝土约320立方米，钢筋用量约85吨。预处理构筑物包括粗格栅间、细格栅间和沉砂池，合计混凝土用量约800立方米，钢筋用量约120吨。管道工程方面，厂区污水管道采用HDPE双壁波纹管，DN300-DN600管道总长约1,200米；污泥管道采用不锈钢管道，DN150-DN250总长约800米；空气管道采用镀锌钢管，DN200-DN400总长约500米。厂区道路工程包括6米宽主干道300米，4米宽次干道500米，采用沥青混凝土路面结构，基层为30cm厚水泥稳定碎石，面层为8cm厚沥青混凝土。绿化工程面积约5,000平方米，包括乔木种植200株，灌木种植500株，草坪铺设3,500平方米。围墙工程总长度约800米，采用砖砌体结构，高度2.2米。设备安装工程，机械格栅安装2台，配套栅渣输送机2套；鼓风机安装3台，配套消声器、空气过滤器各3套；潜水搅拌器安装8台；污泥脱水机安装2台，配套加药装置2套、污泥输送机2台；电气工程，10kV变配电系统1套，低压配电柜8台，电缆敷设总长约5000米；自控工程，PLC控制站3套，现场控制箱25台，仪表检测点120个；辅助工程，综合办公楼建筑面积800平方米，仓库建筑面积300平方米，机修间建筑面积200平方米。工程量计算时，特别留意以下要点：土方工程考虑20%的松散系数以及10%的损耗率；混凝土工程考虑5%的损耗率；钢筋工程考虑8%的搭接和损耗量；管道工程考虑5%的切割损耗；设备安装考虑3%的备品备件。全部工程量依照施工图纸和现场实际状况实施复核，务必保证计算准确无误。针对软弱地基处理等特殊工程，单独制订专门的工程量计算书，水泥搅拌桩大约5,000延米，碎石垫层大概3,000立方米等，工程量计算成果是工程预算编订的根基，经过监理工程师以及造价咨询单位审核批准之后才有效。6.2工程预算编制工程预算编制依据《建设工程工程量清单计价规范》、《安徽省建设工程计价依据》和当地最新造价信息，采用工程量清单计价模式。预算总造价约8,500万元，其中建筑工程费约3,200万元，设备购置费约2,800万元，安装工程费约1,200万元，其他费用约1,300万元。建筑工程单价分析中，土方开挖综合单价85元/立方米，混凝土浇筑综合单价650元/立方米，钢筋制作安装综合单价5,800元/吨，管道铺设综合单价380元/米。设备购置费中，鼓风机单价65万元/台，污泥脱水机单价120万元/台，PLC控制系统单价80万元/套。人工费计算按照安徽省2024年二季度人工工资标准，技工日工资280元，普工日工资180元，总人工费约1,500万元。材料价格采用当地造价信息发布的指导价，并考虑5%的市场波动风险，其中钢材价格4,800元/吨，水泥价格450元/吨，商品混凝土价格420元/立方米。机械使用费按照《全国统一施工机械台班费用定额》计算，大型机械如挖掘机台班费1,200元，起重机台班费1,800元，混凝土泵车台班费1,500元。措施项目费包括安全文明施工费（按分部分项工程费的3.2%计取）、夜间施工增加费、二次搬运费等合计约450万元。其他项目费包括暂列金额500万元（约占总造价的6%），专业工程暂估价300万元，计日工费用50万元。规费按人工费的28%计取约420万元，包括养老保险、失业保险、医疗保险等。税金按增值税9%计算约680万元。针对污水处理厂的特殊性，预算中单列了以下专项费用：工艺调试费150万元，包括菌种培养和试运行费用；环保验收监测费80万元；自动化系统调试费60万元。设备运杂费按设备购置费的2%计取约56万元，设备安装调试费按设备购置费的5%计取约140万元。预算编制过程中重点控制以下环节：工程量与清单项目特征描述必须准确完整；材料价格采用三家以上供应商报价的平均值；措施项目费根据施工组织设计合理确定；暂列金额比例控制在5-10%之间。预算文件经造价工程师审核后，报送财政投资评审中心进行评审，最终审定金额作为招标控制价。针对可能发生的设计变更和现场签证，预算中预留了足够的风险费用，确保项目投资可控。同时编制了资金使用计划，按照工程进度分阶段支付，其中工程预付款20%，进度款按月完成量的70%支付，竣工验收后支付至85%，结算审计后支付至97%，留3%作为质量保证金。6.3成本控制措施项目成本控制做到全过程动态管理，形成以项目经理为首的项目成本控制体系，明确各岗位成本管理责任，设计阶段成本控制举措有，实行限额设计，把总投资分解到各个专业，组织设计方案优化比选，氧化沟，二沉池结构设计时用经济合理的配筋率，严格把控设计变更，变更增多的费用不能超过基本预备费的30%，招标采购阶段举措包含，设备材料采用集中采购模式，通过公开招标选定优质供应商，签订框架协议锁定钢材，水泥等大宗材料价格，针对关键设备，鼓风机，脱水机等做性能价格比分析，保证性价比最优。施工阶段成本，编制详细的成本计划，把目标成本分解到每个月，每周；实行材料领用限额，钢筋，混凝土等主要材料的损耗率控制在定额以内；利用BIM技术改善管道综合布置，削减施工返工；加强现场签证管理，所有的签证都要经过监理，造价，业主三方确认；形成材料价格警报机制，当市场价格波动超出5%的时候就启动调价流程；每月召开成本分析会，比较实际成本和目标成本之间的差异，及时执行纠偏办法；着重把控土方工程，钢筋工程，设备安装等成本敏感项目，土方工程通过恰当调配削减外运量，钢筋工程通过改良下料削减废料率。软弱地基处理方面，通过试验段找出最合适的水泥掺入量，节约水泥大约百分之十五，在混凝土工程当中掺加粉煤灰取代部分水泥，既可以削减成本又能提升耐久度，管道安装的时候选用新的接口工艺，缩减人工花费大概百分之二十，改良曝气系统的布置，减小鼓风机的运行能耗，组织管理举措包含，推行标准化施工，改进劳动生产率，妥善安排施工次序，削减交叉作业造成的效率损失，重视成品保护，削减维修费用，合同管理举措包含，在施工合同里清楚调价条款和违约责任，针对专业分包工程执行总价包干，形成起完备的工程款支付审批流程，避免超付。竣工结算阶段，严格审查竣工图纸与实际完成情况是否一致；工程量计算实行三级审核制度；材料价差调整按实际采购发票确定；对有争议的项目进行现场复核。后评价阶段对项目成本管理进行总结，分析节约、超支的原因，形成成本数据库为以后项目提供参考。通过上述措施，保证项目实际成本控制在预算之内，总体成本偏差率不大于3%，建立成本考核激励机制，对成本控制效果好的部门和个人进行奖励，提高全员的成本控制意识，最终达到项目建设经济效益和社会效益的双赢。

第七章总结与展望7.1设计总结无为县二坝生活污水处理厂设计工作持续了12个月，通过多次方案比对并加以改良之后，决定采用“预处理+氧化沟+二沉池+消毒”的主体工艺流程，设计期间，团队依照国家有关规范和标准，联系当地实际情况，在工艺挑选，设备挑选，结构设计等层面展开了细致的研究和更新，预处理单元运用粗，细格栅两级处理方法，可以有效地清除大颗粒悬浮物，氧化沟工艺具备不错的脱氮除磷性能，适合应对水质波动情况，二沉池采取周边进水周边出水形式，提升了沉淀效率，消毒单元选用了二氧化氯消毒手段，保证出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。结构设计上，针对软弱地基情况用水泥搅拌桩实施地基处理，提升了地基承载能力；氧化沟与二沉池采取现浇钢筋混凝土结构，通过恰当配筋并做好防水举措，保证了构筑物的耐久性和抗渗能力，设备选择看重节能环保，选取高效率节能型的鼓风机和微孔曝气器，缩减了运行耗能；污泥处理利用带式浓缩脱水一体机，削减了污泥体积，有益于后续处置