某工厂污水池位于上海市, 2005年建成投入运行至今。池长24.00m, 宽18.20m, 深5.55m (地下埋深1.5m) , 正常运行时污水池液面离顶板底面距离约2.0m。污水池东西方向分4跨, 跨距为6.5, 4.5m;南北方向2跨, 跨距为9.6, 8.6m。污水池基本为封闭结构, 上面布有2个检修口, 水深基本保持在3.0～3.5m。

污水池为钢筋混凝土框架结构, 平面布置如图1所示, 结构构件混凝土设计强度等级均为C30。基础采用钢筋混凝土筏板-桩基础, 桩长33m, 桩型PHCAB500-100-33, 单桩承载力设计值1 500kN;基础底板厚度500mm, 基础板底相对标高为-2.000m, 板顶相对标高-1.500m。钢筋混凝土柱截面尺寸为450mm×700mm, 主筋多为φ25, 箍筋为φ8@100/200。外墙厚度400mm, 配筋均为竖向主筋φ18@150 (双侧) , 水平向主筋φ16@200 (双侧) , 如图2所示。框架梁截面尺寸为250mm×800mm, 梁底主筋为3φ25, 箍筋为φ8@100/200;次梁截面尺寸为250mm×600mm, 梁底主筋为4φ25, 箍筋为8@200。顶板厚度150mm, 板顶面配筋φ12@200 (双向) , 板底φ12@100 (双向) 。

在使用过程中, 发现污水池池壁 (含池顶) 出现混凝土爆裂、腐蚀及钢筋锈胀现象。

现场对污水池顶板、侧墙、顶部梁、柱的钢筋锈蚀、混凝土腐蚀情况进行调查, 根据现场调查情况发现:液面以下墙、柱均未发生腐蚀, 出现腐蚀的混凝土构件均位于原液面以上。

现场对污水池顶板钢筋锈蚀、混凝土腐蚀情况进行调查, 并绘制腐蚀区域分布图 (见图3) , 调查结果如下。

1) (19) ～ (20) 轴区域板底腐蚀较轻微, 除局部腐蚀深度达8mm外, 其余部位均为轻微腐蚀, 腐蚀深度2～3mm。

2) (18) ～ (19) / (19) A～ (19) B轴区域板底大面积腐蚀, 腐蚀深度普遍为10～15mm。

3) (18) ～ (19) / (19) B～ (19) C轴区域板底腐蚀情况为东西侧板边严重, 腐蚀深度为8～10mm, 中部腐蚀深度为1～3mm。

4) (17) ～ (18) 轴区域板西侧腐蚀严重, 腐蚀深度为8～15mm, 逐渐向东侧腐蚀减轻, 东侧腐蚀深度普遍为1～3mm。

5) (16) ～ (17) 轴区域板底腐蚀情况为东西侧板边严重, 腐蚀深度为4～8mm, 中部腐蚀深度为1～3mm。

(19) A～ (19) B轴梁底、梁侧面混凝土腐蚀深度最大为10mm, (19) B～ (19) C轴梁底、梁面混凝土腐蚀深度最大为5mm, 局部梁箍筋锈蚀。

液面以下墙未见混凝土腐蚀, (19) A、 (20) 、 (19) C、 (16) 轴液面以上墙面全面腐蚀, 腐蚀深度最大值为15mm; (19) 轴液面以上墙面全面腐蚀, 腐蚀深度最大值为20mm; (19) B轴局部腐蚀, 腐蚀深度最大为10mm。

液面以下柱未见混凝土腐蚀, 液面以上混凝土表面全面腐蚀, 腐蚀深度为8～15mm。

污水池内的污水来自厂区内的工业和生活污水, 根据委托方提供的污水池实测数据, 污水池中水温为26～28℃, pH值为7.2～7.6, SO₄^2-浓度为330mg/L。

根据上述数据及城市污水环境混凝土腐蚀机理, 污水池腐蚀主要由硫化氢腐蚀引起, 分为如下3个过程。

1) 污水系统中含硫有机物分解、硫酸盐发生厌氧还原反应产生硫化氢。

2) 空气中的硫化氢气体聚积在潮湿的混凝土表面, 溶于水形成硫氢酸, 硫氢酸与混凝土中的Ca (OH) ₂反应生成可溶性的重硫化钙, 使混凝土表面的pH值降低到适合细菌生长的环境, 寄生在混凝土表面凝结水中的硫杆菌在有氧环境中将硫化氢气体氧化为硫酸。

3) 硫酸与混凝土中的某些成分发生反应生成石膏和钙矾石, 石膏和钙矾石遇水体积膨胀对混凝土造成破坏, 腐蚀由表及里发展。

受硫酸盐侵蚀的混凝土特征是表面发白, 损坏一般从棱角开始, 接着裂缝开展, 表层剥落, 使混凝土呈易碎、松散状态, 与现场混凝土腐蚀特征较为一致。

目前污水池原液面以上的混凝土构件存在严重的混凝土及局部钢筋锈蚀问题, 引起结构构件截面及钢筋面积损失, 降低原有结构构件的承载能力和耐久性, 进而造成污水池结构性能退化, 存在严重的安全隐患。

结合本项目损伤特点, 建议对污水池结构采取以下措施进行加固和修复。

1) 采用增设支点方式进行结构加固在原污水池南北方向混凝土主梁跨中位置增设混凝土柱, 新增混凝土柱布置如图4所示, 减小混凝土梁跨度, 以减少因混凝土腐蚀、强度降低而承载能力下降的混凝土柱的受荷面积。新增混凝土柱建议采用致密性好的灌浆料或掺有早强剂、减水剂、消泡剂的混凝土材料。

2) 对已腐蚀的混凝土构件进行修复修复前应凿除已出现腐蚀松动的混凝土, 并对局部锈蚀钢筋进行除锈处理, 涂刷钢筋阻锈剂、粉刷聚合物砂浆。修复采用粘贴碳纤维布, 防止修复后混凝土结构腐蚀, 保证水解调节池后期运行安全 (见图5) 。

本文结合现场损伤检测, 对污水池腐蚀原因进行分析, 并针对污水池当前存在的问题提出相应的加固及修复建议, 相关结论可供类似工程参考。