裝配式鄉鎮污水處理廠的設計與施工
摘要：針對污水處理廠現澆工藝施工周期長、施工過程易受天氣影響，且勞動力投入大的特點，在某鄉鎮生活污水處理廠的建設過程中采用了裝配式建造工藝。重點介紹了該污水處理廠的拆分設計、構件拼接處的防滲處理、構件的深化設計以及施工方法等，并總結了裝配式污水池的優點，可為類似工程提供參考和借鑒。
1 項目概況
武漢市某鄉鎮污水處理廠占地面積為5333.34㎡（含遠期預留地1717.35㎡），服務人口為10600人，近期設計處理規模為1200m³/d，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，其工藝流程如圖1所示。
原設計方案采用常規的現澆建造工藝。受軍運會影響，業主方要求污水處理廠在2019年9月底以前建成通水。考慮到現場的土地征拆和進廠路面修整，污水處理廠預計的施工工期為3個月，由于還需分配一部分人員到其他污水處理廠的提標改造工程中，造成該項目勞務人員緊缺、工期壓力大，因此考慮進行設計方案優化。
經過與設計院溝通，決定采用將污水處理廠的A2/O池及平流沉淀池改成全預制裝配式結構的優化方案。
2 裝配式設計
本著裝配式建筑的“少規格、多組合”的原則，對水池的結構進行拆分。A2/O水池的設計水位4.2m，平流沉淀池的設計水位3.2m。
按照原有的現澆工藝，A2/O水池以及平流沉淀池均位于地下1m，采用全預制方案以后，為防止后期裝配式污水池滲漏，進而沖刷周邊土壤影響水池的結構安全，裝配式污水池采用全地上式設計。采用全預制裝配式設計以后，需要將提升泵的水力提升高度相應地增加1m，經驗算，原設計提升泵的揚程滿足要求。2.1 構件拆分A2/O水池以及平流沉淀池采用全預制形式，所有預制構件均提前在工廠完成生產，待項目現場準備工作完成后，將預制構件運輸到現場進行安裝。按照原有工藝設計，A2/O水池共2組，每組分4個單元，分別為預缺氧池、厭氧池、缺氧池和好氧池，這4個單元的長度分別為2、2、5、12m，高4.5m，寬5.2m。平流沉淀池長18m，寬4m，高4.5m。
考慮到運輸條件、鋼筋混凝土構件生產精度限制以及利于接口的標準化設計和構件拼接縫的防滲處理，將水池拆分為L形構件和一字形構件，L形構件對向拼接構成水池的側壁以及底板，水池兩端的封堵墻以及內隔墻由上下兩塊一字形構件上下拼接而成（見圖2、3）。
A2/O水池L形構件分為兩種規格：2.6mｘ2.5mｘ4.5m、2.6mｘ2mｘ4.5m，上下一字形構件的高度分別為1.5、3m。
平流沉淀池采用一種規格為2mｘ2mｘ4 m的L形構件，而上下一字形構件的高度分別為1.5、2.5m。
2.2 構件連接
由于水池為矩形，為提高施工效率，構件之間采用高強螺栓連接。為保證連接的可靠性，同時為防止擰得過緊導致扣件和螺栓斷裂，要求使用定力式扭力扳手，將扭力矩控制在設計允許的范圍內。
2.3 構件拼縫處的防滲處理
采用預制裝配式水池，存在著大量的拼接縫。構件拼縫的防滲處理是整個工程的重點。常松等在裝配式綜合管廊中采取遇水膨脹膠圈+聚乙烯泡沫板+雙組分聚硫密封膏+自粘型橡膠止水帶的做法對拼縫處進行防滲處理，取得較好的防滲效果。曹岳等在西澳SINO鐵礦項目直徑為90m的裝配式混合結構濃縮池的施工中，在預制構件的接縫處采用高壓注漿后發泡膨脹的灌漿料進行防滲處理，防滲性能良好。結合水池常用的防滲漏做法，本次設計采用遇水膨脹膠條、雙組分聚硫密封膏+高壓注漿后發泡膨脹的灌漿料+鋪貼防水卷材+20mm厚防水砂漿保護層的做法處理水池的拼接縫(見圖4)。
2.4 構件深化設計
在進行構件的深化設計時，需根據污水處理的工藝特點，以及便于后續附屬設施的安裝為原則，進行預制構件的預埋件以及開孔設計。
A2/O生化池存在內回流、污泥回流、內部不同單元格之間的水流通、推流泵以及曝氣管道等附屬設施的安裝，在進行構件的深化設計時，需根據工藝特點在預制構件上設置相應的過流孔道、內回流孔洞、放空孔以及用于設備和管道等附屬設施安裝的預埋鋼板等。平流沉淀池的構件深化設計時，需在預制構件上預留進出水孔、排渣孔、放空孔以及用于走道板和集泥溝安裝的預埋鋼板。
所有構件上的預留孔洞在滿足工藝要求的條件下應盡量設置在構件的豎直中心線附近，且遠離構件之間的拼接縫。
3 裝配式水池的施工
裝配式水池由墊層以及裝配式水池主體構成，總共76個構件，A2/O池共2組，每組28個構件，平流沉淀池共20個構件。其中L形構件和一字形構件外側底部均設有定位孔，便于構件安裝時的定位精確。施工流程如下：
（1）墊層采用C15混凝土現澆而成，墊層現澆時需預埋定位鋼筋，墊層養護完成后用墨斗彈好定位線，便于構件的吊裝定位。
（2）由于單個構件的最大質量達14t左右，根據現場實際情況和起重機的作業點選擇、起吊質量和起吊高度、起重機回轉半徑等因素，選用110t汽車吊。構件吊裝前需制定詳細的吊裝方案，吊裝作業前按要求對現場人員進行安全交底。
（3）以A2/O池為例，首先完成A2/O池的好氧池兩側L形構件的吊裝，用高強螺栓將相鄰兩個構件連接在一起，并進行初步的固定，到達設計尺寸后進行內隔墻的一字形構件的吊裝，然后依次完成缺氧池、厭氧池以及預缺氧池的吊裝，最后進行兩端擋墻的吊裝。平流沉淀池構件吊裝過程與A2/O池類似。構件安裝順序見圖5。
（4）構件吊裝完成后，將構件連接處的螺栓用AC型定力式扭力扳手扭至終擰扭矩。吊裝完成后的A2/O水池見圖6。
（5）在接縫兩側填塞遇水膨脹膠條，用模板封堵后，將高壓注漿后發泡膨脹的灌漿料用灌漿設備注入到拼接縫內。注漿料達到設計強度后拆除模板，在構件之間拼接縫臨近水面的凹槽內鋪貼防水卷材，并在表面鋪設防水砂漿保護層，以防止卷材在水池投入運行后被泡起。
4 滿水試驗
構件拼接縫處理完成，并進行必要的養護以后，按照《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》（GB 50141—2008），對水池進行了滿水試驗以檢驗水池的抗滲性能。經測定，兩組A2/O水池及平流沉淀池的滲水量分別為0.31、0.47和0.18L/（m2·d），符合規范中鋼筋混凝土水池滲水量不超過2 L/（m2·d）的規定。
5 裝配式污水池的優勢分析
相對于傳統的現澆工藝，全預制裝配式污水處理廠的優勢如下：
（1）有效縮短了現場的施工周期。根據現場施工情況，裝配式水池8d即可完成主體吊裝，7d左右完成水池接縫處理，經過必要的養護以后，30d以內即可進行滿水試驗。
（2）減少現場勞動力的投入。現場只需投入1名吊車司機、2名信號員、1名指揮人員、3名操作人員即可完成吊裝作業，減少了現場勞動力的投入。
（3）提高了水池的建造質量。構件全在工廠采用流水線作業預制，生產質量可控，有效提高水池的建造質量。
（4）施工過程環保。現場濕作業量少，減少施工過程中對周邊環境造成的污染。
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