装配式乡镇污水处理厂的设计与施工
摘要：针对污水处理厂现浇工艺施工周期长、施工过程易受天气影响，且劳动力投入大的特点，在某乡镇生活污水处理厂的建设过程中采用了装配式建造工艺。重点介绍了该污水处理厂的拆分设计、构件拼接处的防渗处理、构件的深化设计以及施工方法等，并总结了装配式污水池的优点，可为类似工程提供参考和借鉴。
1 项目概况
武汉市某乡镇污水处理厂占地面积为5333.34㎡（含远期预留地1717.35㎡），服务人口为10600人，近期设计处理规模为1200m³/d，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，其工艺流程如图1所示。
原设计方案采用常规的现浇建造工艺。受军运会影响，业主方要求污水处理厂在2019年9月底以前建成通水。考虑到现场的土地征拆和进厂路面修整，污水处理厂预计的施工工期为3个月，由于还需分配一部分人员到其他污水处理厂的提标改造工程中，造成该项目劳务人员紧缺、工期压力大，因此考虑进行设计方案优化。
经过与设计院沟通，决定采用将污水处理厂的A2/O池及平流沉淀池改成全预制装配式结构的优化方案。
2 装配式设计
本着装配式建筑的“少规格、多组合”的原则，对水池的结构进行拆分。A2/O水池的设计水位4.2m，平流沉淀池的设计水位3.2m。
按照原有的现浇工艺，A2/O水池以及平流沉淀池均位于地下1m，采用全预制方案以后，为防止后期装配式污水池渗漏，进而冲刷周边土壤影响水池的结构安全，装配式污水池采用全地上式设计。采用全预制装配式设计以后，需要将提升泵的水力提升高度相应地增加1m，经验算，原设计提升泵的扬程满足要求。2.1 构件拆分A2/O水池以及平流沉淀池采用全预制形式，所有预制构件均提前在工厂完成生产，待项目现场准备工作完成后，将预制构件运输到现场进行安装。按照原有工艺设计，A2/O水池共2组，每组分4个单元，分别为预缺氧池、厌氧池、缺氧池和好氧池，这4个单元的长度分别为2、2、5、12m，高4.5m，宽5.2m。平流沉淀池长18m，宽4m，高4.5m。
考虑到运输条件、钢筋混凝土构件生产精度限制以及利于接口的标准化设计和构件拼接缝的防渗处理，将水池拆分为L形构件和一字形构件，L形构件对向拼接构成水池的侧壁以及底板，水池两端的封堵墙以及内隔墙由上下两块一字形构件上下拼接而成（见图2、3）。
A2/O水池L形构件分为两种规格：2.6mｘ2.5mｘ4.5m、2.6mｘ2mｘ4.5m，上下一字形构件的高度分别为1.5、3m。
平流沉淀池采用一种规格为2mｘ2mｘ4 m的L形构件，而上下一字形构件的高度分别为1.5、2.5m。
2.2 构件连接
由于水池为矩形，为提高施工效率，构件之间采用高强螺栓连接。为保证连接的可靠性，同时为防止拧得过紧导致扣件和螺栓断裂，要求使用定力式扭力扳手，将扭力矩控制在设计允许的范围内。
2.3 构件拼缝处的防渗处理
采用预制装配式水池，存在着大量的拼接缝。构件拼缝的防渗处理是整个工程的重点。常松等在装配式综合管廊中采取遇水膨胀胶圈+聚乙烯泡沫板+双组分聚硫密封膏+自粘型橡胶止水带的做法对拼缝处进行防渗处理，取得较好的防渗效果。曹岳等在西澳SINO铁矿项目直径为90m的装配式混合结构浓缩池的施工中，在预制构件的接缝处采用高压注浆后发泡膨胀的灌浆料进行防渗处理，防渗性能良好。结合水池常用的防渗漏做法，本次设计采用遇水膨胀胶条、双组分聚硫密封膏+高压注浆后发泡膨胀的灌浆料+铺贴防水卷材+20mm厚防水砂浆保护层的做法处理水池的拼接缝(见图4)。
2.4 构件深化设计
在进行构件的深化设计时，需根据污水处理的工艺特点，以及便于后续附属设施的安装为原则，进行预制构件的预埋件以及开孔设计。
A2/O生化池存在内回流、污泥回流、内部不同单元格之间的水流通、推流泵以及曝气管道等附属设施的安装，在进行构件的深化设计时，需根据工艺特点在预制构件上设置相应的过流孔道、内回流孔洞、放空孔以及用于设备和管道等附属设施安装的预埋钢板等。平流沉淀池的构件深化设计时，需在预制构件上预留进出水孔、排渣孔、放空孔以及用于走道板和集泥沟安装的预埋钢板。
所有构件上的预留孔洞在满足工艺要求的条件下应尽量设置在构件的竖直中心线附近，且远离构件之间的拼接缝。
3 装配式水池的施工
装配式水池由垫层以及装配式水池主体构成，总共76个构件，A2/O池共2组，每组28个构件，平流沉淀池共20个构件。其中L形构件和一字形构件外侧底部均设有定位孔，便于构件安装时的定位精确。施工流程如下：
（1）垫层采用C15混凝土现浇而成，垫层现浇时需预埋定位钢筋，垫层养护完成后用墨斗弹好定位线，便于构件的吊装定位。
（2）由于单个构件的最大质量达14t左右，根据现场实际情况和起重机的作业点选择、起吊质量和起吊高度、起重机回转半径等因素，选用110t汽车吊。构件吊装前需制定详细的吊装方案，吊装作业前按要求对现场人员进行安全交底。
（3）以A2/O池为例，首先完成A2/O池的好氧池两侧L形构件的吊装，用高强螺栓将相邻两个构件连接在一起，并进行初步的固定，到达设计尺寸后进行内隔墙的一字形构件的吊装，然后依次完成缺氧池、厌氧池以及预缺氧池的吊装，最后进行两端挡墙的吊装。平流沉淀池构件吊装过程与A2/O池类似。构件安装顺序见图5。
（4）构件吊装完成后，将构件连接处的螺栓用AC型定力式扭力扳手扭至终拧扭矩。吊装完成后的A2/O水池见图6。
（5）在接缝两侧填塞遇水膨胀胶条，用模板封堵后，将高压注浆后发泡膨胀的灌浆料用灌浆设备注入到拼接缝内。注浆料达到设计强度后拆除模板，在构件之间拼接缝临近水面的凹槽内铺贴防水卷材，并在表面铺设防水砂浆保护层，以防止卷材在水池投入运行后被泡起。
4 满水试验
构件拼接缝处理完成，并进行必要的养护以后，按照《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB 50141—2008），对水池进行了满水试验以检验水池的抗渗性能。经测定，两组A2/O水池及平流沉淀池的渗水量分别为0.31、0.47和0.18L/（m2·d），符合规范中钢筋混凝土水池渗水量不超过2 L/（m2·d）的规定。
5 装配式污水池的优势分析
相对于传统的现浇工艺，全预制装配式污水处理厂的优势如下：
（1）有效缩短了现场的施工周期。根据现场施工情况，装配式水池8d即可完成主体吊装，7d左右完成水池接缝处理，经过必要的养护以后，30d以内即可进行满水试验。
（2）减少现场劳动力的投入。现场只需投入1名吊车司机、2名信号员、1名指挥人员、3名操作人员即可完成吊装作业，减少了现场劳动力的投入。
（3）提高了水池的建造质量。构件全在工厂采用流水线作业预制，生产质量可控，有效提高水池的建造质量。
（4）施工过程环保。现场湿作业量少，减少施工过程中对周边环境造成的污染。
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