地埋式污水處理廠工藝設(shè)計(jì)

　　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(gè)構(gòu)筑物箱體內(nèi)，埋設(shè)在地下，占地面積大大縮小，對(duì)周邊環(huán)境的影響較小，同時(shí)因?yàn)榈叵碌暮銣厥沟闷湮鬯幚硇Ч芡饨绛h(huán)境影響較小，但是也具有建設(shè)成本高、運(yùn)營(yíng)管理難度和成本高等缺點(diǎn)。

　　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(jī)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(méi)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(diǎn)，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(chǎng)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(jì)。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(yùn)營(yíng)成本都很高，運(yùn)營(yíng)期間設(shè)備故障率較高，在半地埋式與全地埋式比較起來(lái)，半地埋式操作層可采取自然采光、自然通風(fēng)，對(duì)機(jī)械通風(fēng)和采光需求較小，同時(shí)又具有地埋式的特點(diǎn)，投資和運(yùn)營(yíng)成本都相對(duì)較小，更具有優(yōu)勢(shì)。

　　從地形地貌和城市規(guī)劃考慮，污水處理廠的設(shè)計(jì)同時(shí)應(yīng)請(qǐng)園林景觀參與規(guī)劃，結(jié)合建設(shè)地面的現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、將來(lái)的規(guī)劃來(lái)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(jì)、地質(zhì)條件決定了支護(hù)設(shè)計(jì)的難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)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(jì)，至于很多人考慮的操作層廠房露出地面的部分可以通過(guò)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(jí)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(shí)，應(yīng)予以考慮，必要時(shí)應(yīng)預(yù)估國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的提高的可能性，在設(shè)計(jì)時(shí)提前考慮，避免后期國(guó)家規(guī)范標(biāo)注提高后無(wú)法達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

　　二、地埋式污水處理廠設(shè)計(jì)

　　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(shí)結(jié)合各大污水處理廠的云因監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，利用大數(shù)據(jù)分析，來(lái)確定工藝選型;同時(shí)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(shí)便于設(shè)計(jì)布置，因此國(guó)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(diǎn)，但同時(shí)具有建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本高的特點(diǎn)，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(shí)還應(yīng)結(jié)合業(yè)主的管理水平并參考業(yè)主方的意見(jiàn)進(jìn)行確定。

　　地埋式污水處理廠設(shè)計(jì)中目前存在兩大問(wèn)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(jī)械通風(fēng)，但目前通風(fēng)無(wú)地埋式污水處理廠國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)上一般參考民用建筑標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)已建成污水處理廠來(lái)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(jì)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(kù)標(biāo)準(zhǔn)一般不大于4000?，但需要設(shè)計(jì)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(jì)，有些地區(qū)采用2000?左右的方案，但即使是這樣，依然會(huì)導(dǎo)致操作層被分割的非常密集，運(yùn)營(yíng)管理難度大。在設(shè)計(jì)中應(yīng)做好地方政府、消防部門的協(xié)調(diào)個(gè)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(diǎn)：

　　(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(lái)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(chǔ)備、加工、廠內(nèi)運(yùn)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(wàn)m3/d，占地約275畝地，而采用地埋式設(shè)計(jì)的清溪凈水廠暫占地僅90畝，除去深基坑以后，原設(shè)計(jì)上口僅南側(cè)和北側(cè)部分區(qū)域可修建臨時(shí)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(jì)，材料設(shè)備無(wú)法運(yùn)送至施工部位。后經(jīng)我單位參與設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)將支護(hù)樁作為池壁外模板，縮小二級(jí)平臺(tái)，調(diào)整放坡比例、兩側(cè)車道延后施工等方法，實(shí)現(xiàn)箱體四周的連續(xù)環(huán)狀道路，打通了施工機(jī)械設(shè)備和材料運(yùn)輸?shù)纳ǖ溃瑸槭┕ぬ峁┯辛Φ谋Ｕ稀?/p>

　　本工程混凝土用量約15萬(wàn)m3，鋼筋用量約1.8萬(wàn)t，模板高達(dá)26萬(wàn)?，腳手架高峰時(shí)期超過(guò)200萬(wàn)m，周轉(zhuǎn)材料現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存場(chǎng)地、鋼筋、模板加工場(chǎng)地都要進(jìn)行合理的規(guī)劃，為了更為合理的布置場(chǎng)地，發(fā)揮有限空間的吞吐能力，本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維場(chǎng)地布置，所有加工機(jī)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(shí)，同時(shí)兼顧了結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料運(yùn)輸，工程共布置6臺(tái)塔吊，為了保證塔吊的有效利用率，實(shí)現(xiàn)最大的覆蓋范圍，塔吊直接布置在箱體內(nèi)，經(jīng)驗(yàn)算并與設(shè)計(jì)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(shí)還有管廊、渠道等，塔吊在布置時(shí)需要兼顧錯(cuò)開(kāi)，為了方便布置，防止出錯(cuò)，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(guò)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(shí)規(guī)避掉廠區(qū)附近的高壓線、行道樹(shù)等，還可以模擬塔吊對(duì)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(jì)，工程設(shè)計(jì)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(gè)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)標(biāo)高位于構(gòu)筑物中板下3m位置，施工時(shí)，必須要解撐，如果要施工至撐下，等結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到后，解撐，工期將會(huì)受到很大的影響，且未施工中板時(shí)外墻為懸臂結(jié)構(gòu)，拆撐時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，設(shè)計(jì)上將底板外挑延伸至樁邊，作為置換支撐，底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后拆除支撐。雖然昆山問(wèn)題得到解決，但其基坑深度較淺內(nèi)支撐對(duì)地下箱體施工效率和安全的影響不容忽視，在基坑設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮施工的順序，確定換撐方案。

　　清溪凈水廠項(xiàng)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(wàn)m3，合肥清溪凈水廠土方外運(yùn)量高達(dá)70萬(wàn)m3，尤其是國(guó)家環(huán)保督查越來(lái)越嚴(yán)格，土方外運(yùn)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(lái)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(shí)堆放土方，基本不可能，土方平衡無(wú)從談起，后期基坑和頂部填土還需要外購(gòu)?fù)练?。我公司一方面從土方開(kāi)挖方案，運(yùn)輸通道上進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)土質(zhì)較差的土體進(jìn)行改良硬化，在僅有一個(gè)出口的情況下，最大單天出土量達(dá)1萬(wàn)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(zhēng)取出土?xí)r間，多方尋找棄土場(chǎng)，保證外運(yùn)效率。

　　(4)因?yàn)榧s化的設(shè)計(jì)，各水處理構(gòu)筑物集中在一個(gè)箱體內(nèi)部，需要分區(qū)施工，而各單體、各分區(qū)之間沒(méi)有過(guò)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(yùn)輸沖突，嚴(yán)重制約工程進(jìn)度。

　　兩個(gè)水廠施工時(shí)，我們均利用結(jié)構(gòu)施工縫、膨脹加強(qiáng)帶或者后澆帶對(duì)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(duì)伍進(jìn)行施工，各個(gè)勞務(wù)作業(yè)隊(duì)伍之間往往互不相讓，在施工空間上、運(yùn)輸設(shè)備上都爭(zhēng)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(shí)很多地方需要設(shè)置起重設(shè)備，從設(shè)計(jì)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(guò)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(qiáng)的修改原則，在設(shè)計(jì)階段就予以規(guī)避，避免了后期大量變更改動(dòng)給工期帶來(lái)的影響。在施工時(shí)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(zhǎng)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(jì)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(qiáng)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(jì)和制定施工方案。通過(guò)添加微膨脹外加劑和抗裂纖維補(bǔ)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(shí)，對(duì)混凝土進(jìn)行測(cè)溫檢測(cè)，大體積混凝土預(yù)埋冷凝管，池壁模板根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)延緩拆模時(shí)間，而不是按照經(jīng)驗(yàn)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(méi)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(jì)上水平筋優(yōu)先考慮設(shè)置在立筋外側(cè)，施工時(shí)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(jī)械碾壓;在剛性約束發(fā)生變化的位置增加抗裂加強(qiáng)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(yùn)難度非常大，耗時(shí)費(fèi)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(shí)現(xiàn)大量周轉(zhuǎn)使用。待箱體主體完工時(shí)，一次性投入的大量材料拆除外運(yùn)，將成為一大難題。主體施工期間應(yīng)考慮拆除外運(yùn)通道走向，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)溝通增加永久或臨時(shí)預(yù)留洞口設(shè)計(jì)，洞口預(yù)留位置考慮上下統(tǒng)一，避開(kāi)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(xiàng)目在我項(xiàng)目部合理組織下創(chuàng)下一個(gè)月歸還120萬(wàn)米腳手架鋼管、60萬(wàn)枚扣減，20萬(wàn)個(gè)頂托的記錄，轉(zhuǎn)運(yùn)出6萬(wàn)?模板，得到業(yè)主的肯定與表?yè)P(yáng)。

　　(8)BIM技術(shù)應(yīng)用輔助設(shè)計(jì)施工。我們兩個(gè)污水處理廠均應(yīng)用了BIM技術(shù)，開(kāi)工初期進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化與圖紙會(huì)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(wèn)題，成功規(guī)避掉了多項(xiàng)設(shè)計(jì)沖突，施工場(chǎng)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(shí)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(yǔ)

　　隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視以及老百姓環(huán)保意思的加強(qiáng)，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(yàn)也將越來(lái)越豐富，以上我的總結(jié)也是聆聽(tīng)各界專家的意見(jiàn)后的一些體會(huì)，供大家參考。(來(lái)源：中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司)