有別于傳統(tǒng)的地上式污水處理廠,地埋式污水處理廠將污水處理的主要構(gòu)筑物全部或多數(shù)集中在一個構(gòu)筑物箱體內(nèi),埋設(shè)在地下,占地面積大大縮小,對周邊環(huán)境的影響較小,同時因為地下的恒溫使得其污水處理效果受外界環(huán)境影響較小,但是也具有建設(shè)成本高、運營管理難度和成本高等缺點。
一、污水處理廠建設(shè)方案選型
污水處理廠主要目的是處理污水中的有機物和濁度,達(dá)到更好的出水水質(zhì)才是根本,在污水處理廠的選型上,需要因地制宜,結(jié)合廠址位置、地質(zhì)條件、整體規(guī)劃以及地形地貌和遠(yuǎn)期規(guī)劃進(jìn)行考慮。
從土地資源利用方面考慮,地埋式污水處理廠在城市中心,或者土地資源緊缺的地方,而在一些中小城市、偏遠(yuǎn)地區(qū)就沒有太大的必要性。再者地埋式污水處理廠具有噪音和臭味污染小特點,而且頂面均作景觀綠化處理,可以建設(shè)成為居民休閑鍛煉的場所,因此在人員密集區(qū)附近建設(shè)的污水廠宜采用地埋式設(shè)計。此外地埋式污水處理廠埋設(shè)與地下,水處理構(gòu)筑物內(nèi)溫度較為恒定,污水處理的效果不容易受到環(huán)境因素的影響,在北方冬季氣溫較低地區(qū)應(yīng)用較好。還有地埋式污水處理廠采光通風(fēng)要求較高,建設(shè)投入和運營成本都很高,運營期間設(shè)備故障率較高,在半地埋式與全地埋式比較起來,半地埋式操作層可采取自然采光、自然通風(fēng),對機械通風(fēng)和采光需求較小,同時又具有地埋式的特點,投資和運營成本都相對較小,更具有優(yōu)勢。
從地形地貌和城市規(guī)劃考慮,污水處理廠的設(shè)計同時應(yīng)請園林景觀參與規(guī)劃,結(jié)合建設(shè)地面的現(xiàn)場地形地貌、將來的規(guī)劃來確定是否采用地埋式,以及是采用半地埋式還是全地埋式。
從地質(zhì)條件考慮,采用地埋式污水處理廠一般都需要進(jìn)行支護(hù)設(shè)計、地質(zhì)條件決定了支護(hù)設(shè)計的難度和安全風(fēng)險,施工難度和風(fēng)險因素也應(yīng)充分考慮,如果地質(zhì)條件較差,常年雨水量較大的地區(qū)不適宜采用全地埋式污水處理廠,而應(yīng)采用半地埋式設(shè)計,至于很多人考慮的操作層廠房露出地面的部分可以通過景觀的藝術(shù)處理進(jìn)行亮化。
此外由于地埋式污水處理廠集中在地下,因此其后期改造升級難度就非常大,處理能力和出水水質(zhì)很難提升,因此在確定地埋式方案時,應(yīng)予以考慮,必要時應(yīng)預(yù)估國家標(biāo)準(zhǔn)的提高的可能性,在設(shè)計時提前考慮,避免后期國家規(guī)范標(biāo)注提高后無法達(dá)標(biāo)運行。
二、地埋式污水處理廠設(shè)計
地埋式污水處理廠工藝選型目前一般采用MBR型和傳統(tǒng)A2O,或者是A2O+生物曝氣濾池,或是前兩者結(jié)合。
在工藝選型方面應(yīng)充分考慮進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn),同時結(jié)合各大污水處理廠的云因監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,利用大數(shù)據(jù)分析,來確定工藝選型;同時還應(yīng)考慮用地條件,一般地埋式污水處理廠占地都較小,為了進(jìn)一步分減少占地,縮短工藝流程尤為重要,同時便于設(shè)計布置,因此國內(nèi)大量的地埋式污水處理廠采用MBR工藝,具有工藝流程短,出水水質(zhì)好等特點,但同時具有建設(shè)、運營成本高的特點,因此也有很多大型地埋式污水處理廠還是選用A2O工藝;這需要綜合比擬,同時還應(yīng)結(jié)合業(yè)主的管理水平并參考業(yè)主方的意見進(jìn)行確定。
地埋式污水處理廠設(shè)計中目前存在兩大問題,一是缺少地埋式污水處理廠的通風(fēng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由于地埋式污水處理廠構(gòu)筑物全部或大多數(shù)集中在地下封閉空間,需要充分考慮人工照明和機械通風(fēng),但目前通風(fēng)無地埋式污水處理廠國家標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計上一般參考民用建筑標(biāo)準(zhǔn),通過已建成污水處理廠來看,很多廠通風(fēng)效果還是略差,易出現(xiàn)安全事故;二是消防設(shè)計缺少地埋式污水處理廠標(biāo)準(zhǔn),按照民用地下建筑規(guī)范一般消防分區(qū)不大于1000㎡,依據(jù)地下車庫標(biāo)準(zhǔn)一般不大于4000㎡,但需要設(shè)計噴淋設(shè)施,目前有些地區(qū)消防管控嚴(yán)格地按前者設(shè)計,有些地區(qū)采用2000㎡左右的方案,但即使是這樣,依然會導(dǎo)致操作層被分割的非常密集,運營管理難度大。在設(shè)計中應(yīng)做好地方政府、消防部門的協(xié)調(diào)個工作,最好是能根據(jù)工藝單體進(jìn)行劃分。
三、地埋式污水處理廠施工
地埋式污水處理廠施工有別于傳統(tǒng)的地上式污水處理廠,在施工方面具有以下特點:
(1)地埋式污水處理廠占地面積小,一般只有傳統(tǒng)污水處理廠的1/3,然而這也給施工帶來了很大的難度,除去深基坑,地上可以利用的空間十分有限,材料的儲備、加工、廠內(nèi)運輸難度都非常大。
以合肥市清溪凈水廠為例,清溪凈水廠原為望塘污水處理廠三期工程,后因采用PPP模式建設(shè),更名為合肥市清溪凈水廠,原望塘污水處理廠一期二期總規(guī)模18萬m3/d,占地約275畝地,而采用地埋式設(shè)計的清溪凈水廠暫占地僅90畝,除去深基坑以后,原設(shè)計上口僅南側(cè)和北側(cè)部分區(qū)域可修建臨時施工便道,其他位置尺寸不足3m,東西兩側(cè)上下通道外壁更是緊貼紅線設(shè)計,材料設(shè)備無法運送至施工部位。后經(jīng)我單位參與設(shè)計優(yōu)化,通過將支護(hù)樁作為池壁外模板,縮小二級平臺,調(diào)整放坡比例、兩側(cè)車道延后施工等方法,實現(xiàn)箱體四周的連續(xù)環(huán)狀道路,打通了施工機械設(shè)備和材料運輸?shù)纳ǖ?,為施工提供有力的保障?/p>
本工程混凝土用量約15萬m3,鋼筋用量約1.8萬t,模板高達(dá)26萬㎡,腳手架高峰時期超過200萬m,周轉(zhuǎn)材料現(xiàn)場儲存場地、鋼筋、模板加工場地都要進(jìn)行合理的規(guī)劃,為了更為合理的布置場地,發(fā)揮有限空間的吞吐能力,本項目采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維場地布置,所有加工機械,加工棚,結(jié)構(gòu)、道路、周邊高壓線等均按1∶1比例制作模型,整合在一起進(jìn)行布置,確保了布置的合理性。
在廠區(qū)布置時,同時兼顧了結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料運輸,工程共布置6臺塔吊,為了保證塔吊的有效利用率,實現(xiàn)最大的覆蓋范圍,塔吊直接布置在箱體內(nèi),經(jīng)驗算并與設(shè)計溝通后,利用箱體底板作為塔吊基礎(chǔ),最終塔吊覆蓋面積可達(dá)箱體面積95%以上,由于是水工構(gòu)筑物,頂部又做景觀綠化,結(jié)構(gòu)每一層的梁板位置、尺寸均不一樣,同時還有管廊、渠道等,塔吊在布置時需要兼顧錯開,為了方便布置,防止出錯,塔吊布置我們也是利用BIM制作了信息化模型,將箱體模型、廠區(qū)模型、塔吊模型進(jìn)行整合,通過三維可視化,一次性判斷塔吊與各層構(gòu)配件的位置關(guān)系,將塔吊洞口設(shè)置在只有板結(jié)構(gòu)的位置,同時規(guī)避掉廠區(qū)附近的高壓線、行道樹等,還可以模擬塔吊對加工廠成品區(qū)的覆蓋情況,使得塔吊布置十分合理。
(2)由于工程采用全地埋式設(shè)計,工程設(shè)計較為集約化,水處理構(gòu)筑物、操作空間、地下交通、綜合管線均集中在一個地下箱體內(nèi)部,埋設(shè)于地下,因此需要進(jìn)行基坑支護(hù),而且一般地埋式污水處理廠的基坑都具有面積大、深度深的特點,設(shè)計難度和施工難度都比較大。此外因污水處理構(gòu)筑物隔墻多、渠道多、如果基坑采用內(nèi)支撐設(shè)計,施工難度更大,格構(gòu)柱、支撐梁與結(jié)構(gòu)沖突很難避免。
昆山北區(qū)污水處理廠三期擴(kuò)建工程,深基坑采用的是灌注樁+水泥攪拌樁+內(nèi)支撐的形式,內(nèi)支撐設(shè)計標(biāo)高位于構(gòu)筑物中板下3m位置,施工時,必須要解撐,如果要施工至撐下,等結(jié)構(gòu)混凝土強度達(dá)到后,解撐,工期將會受到很大的影響,且未施工中板時外墻為懸臂結(jié)構(gòu),拆撐時對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的影響,設(shè)計上將底板外挑延伸至樁邊,作為置換支撐,底板混凝土強度達(dá)到70%后拆除支撐。雖然昆山問題得到解決,但其基坑深度較淺內(nèi)支撐對地下箱體施工效率和安全的影響不容忽視,在基坑設(shè)計時,必須充分考慮箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計,考慮施工的順序,確定換撐方案。
清溪凈水廠項目采用的是咬合灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系,有效避免了內(nèi)支撐的影響,施工工序組織較為靈活,免去了拆撐的工序。
(3)土方工程量大,昆山半地埋式污水處理廠土方總量約20萬m3,合肥清溪凈水廠土方外運量高達(dá)70萬m3,尤其是國家環(huán)保督查越來越嚴(yán)格,土方外運將受到極大地限制,土方工程成為影響工期的較大因素。
尤其是清溪凈水廠2016年全年有效出土天數(shù)僅有85天,給工程進(jìn)度帶來了很大的影響。
由于廠區(qū)占地面積小,地上空間有限,廠內(nèi)臨時堆放土方,基本不可能,土方平衡無從談起,后期基坑和頂部填土還需要外購?fù)练?。我公司一方面從土方開挖方案,運輸通道上進(jìn)行優(yōu)化,對土質(zhì)較差的土體進(jìn)行改良硬化,在僅有一個出口的情況下,最大單天出土量達(dá)1萬m3。另一方面在業(yè)主以及我單位的共同努力下,向環(huán)保、城管部門溝通,爭取出土?xí)r間,多方尋找棄土場,保證外運效率。
(4)因為集約化的設(shè)計,各水處理構(gòu)筑物集中在一個箱體內(nèi)部,需要分區(qū)施工,而各單體、各分區(qū)之間沒有過度空間,施工集中在一塊,施工相互干擾,且一般工期都較緊,材料運輸沖突,嚴(yán)重制約工程進(jìn)度。
兩個水廠施工時,我們均利用結(jié)構(gòu)施工縫、膨脹加強帶或者后澆帶對箱體進(jìn)行分區(qū)施工,由于工程量較大,為了加快施工效率,一般都配備2到3家勞務(wù)作業(yè)隊伍進(jìn)行施工,各個勞務(wù)作業(yè)隊伍之間往往互不相讓,在施工空間上、運輸設(shè)備上都爭搶不休。
(5)地埋式污水處理廠綜合管線包含工藝管道、通風(fēng)、除臭、消防、給水、電纜橋架、加藥、照明等,同時很多地方需要設(shè)置起重設(shè)備,從設(shè)計角度的碰撞規(guī)避、施工工序的合理組織、各專業(yè)交叉施工要求很高。有些設(shè)備管道需要在土建施工過程中就提前就位或先放入單體。
綜合管線施工方面,利用BIM軟件進(jìn)行碰撞分析,找出各管線之間以及其余結(jié)構(gòu)之間的碰撞關(guān)系,本著小讓大,弱讓強的修改原則,在設(shè)計階段就予以規(guī)避,避免了后期大量變更改動給工期帶來的影響。在施工時各管線的施工順序要進(jìn)行合理的安排,先下后上,先內(nèi)后外,需要統(tǒng)籌管理,不能隨意施工。
(6)由于箱體全部設(shè)置在地下,箱體又是超長混凝土結(jié)構(gòu),易產(chǎn)生變形和收縮裂縫,混凝土抗?jié)B控制難度高,地下箱體的防水、防漏控制要求很高。
設(shè)計院為了消除滲水、漏水隱患,箱體構(gòu)筑物一般盡量減少設(shè)置伸縮縫,而是采用膨脹加強帶或后澆帶的方式控制混凝土收縮裂縫。
昆山污水廠箱體混凝土地下部分為C30P8混凝土,地面上部為C40P8混凝土。清溪水廠采用的全部是C40P8混凝土。在混凝土裂縫控制上,嚴(yán)格按照大體積混凝土施工規(guī)范進(jìn)行配合比設(shè)計和制定施工方案。通過添加微膨脹外加劑和抗裂纖維補償混凝土收縮和抗裂,增加粉煤灰用量降低水泥用量,減少水化熱。施工時,對混凝土進(jìn)行測溫檢測,大體積混凝土預(yù)埋冷凝管,池壁模板根據(jù)測溫數(shù)據(jù)延緩拆模時間,而不是按照經(jīng)驗拆除。在每一次施工分區(qū),一般控制寬度小于25m(單向)。然而最后還是沒有完全避免收縮裂縫的產(chǎn)生,分析歸類有以下三類:①采用C40混凝凝土較C30明顯偏多;②外墻在填土后產(chǎn)生裂縫;③構(gòu)筑物與車道連接處混凝土外墻結(jié)束,改磚砌體變化位置放射性裂縫,經(jīng)后期分析是由于剛性約束發(fā)生變化產(chǎn)生。建議設(shè)計上水平筋優(yōu)先考慮設(shè)置在立筋外側(cè),施工時應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土保護(hù)層,外墻填土?xí)r分次回填,不得采用機械碾壓;在剛性約束發(fā)生變化的位置增加抗裂加強筋。
(7)由于地埋式臭氣需要收集處理,水處理構(gòu)筑物基本上需要做封閉處理,有別于一般的敞口式污水廠,只是在一些必要的地方預(yù)留了一些檢修、吊裝孔,而二層的水處理構(gòu)筑物高度高,周轉(zhuǎn)材料的消耗量非常大,混凝土完成后,周轉(zhuǎn)材料的拆除、轉(zhuǎn)運難度非常大,耗時費力。
通常在工期不夠用的情況下,箱體的模板和腳手架、方木等材料,難易實現(xiàn)大量周轉(zhuǎn)使用。待箱體主體完工時,一次性投入的大量材料拆除外運,將成為一大難題。主體施工期間應(yīng)考慮拆除外運通道走向,應(yīng)及時與設(shè)計溝通增加永久或臨時預(yù)留洞口設(shè)計,洞口預(yù)留位置考慮上下統(tǒng)一,避開隔墻,便于封堵且不影響主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全的原則,此種辦法能大大提高工作效率。
清溪凈水廠項目在我項目部合理組織下創(chuàng)下一個月歸還120萬米腳手架鋼管、60萬枚扣減,20萬個頂托的記錄,轉(zhuǎn)運出6萬㎡模板,得到業(yè)主的肯定與表揚。
(8)BIM技術(shù)應(yīng)用輔助設(shè)計施工。我們兩個污水處理廠均應(yīng)用了BIM技術(shù),開工初期進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化與圖紙會審,解決綜合管線之間、管線設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間的沖突問題,成功規(guī)避掉了多項設(shè)計沖突,施工場地三維布置、優(yōu)化塔吊設(shè)置、地下障礙物分析等、后期利用三維算量軟件實現(xiàn)工程量的電算、利用模型進(jìn)行三維技術(shù)交底、討論施工方案、施工進(jìn)度模擬演示等
四、結(jié)束語
隨著國家對環(huán)保的重視以及老百姓環(huán)保意思的加強,地埋式污水處理廠將是今后大中型城市污水處理廠建設(shè)的主流,各方面的經(jīng)驗也將越來越豐富,以上我的總結(jié)也是聆聽各界專家的意見后的一些體會,供大家參考。( >
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