水质净化厂工程施工组织设计及关键技术措施分析——以仙耘、湖美水质净化厂建设工程为例

水质净化厂工程施工组织设计及关键技术措施分析——以仙耘、湖美水质净化厂建设工程为例

郑润民

深圳市水务规划设计院股份有限公司  广东 深圳 518000

摘 要： 随着国民生活水平的大幅提高，城市污水处理量逐步增加，水质净化厂的建设工程项目也越来越多。本文以揭西县仙耘、湖美水质净化厂工程建设为例，针对项目的废水性质特点、处理规模、排放标准、结构形式、设备和工艺选择等，通过重点梳理项目施工组织设计和施工关键技术措施，力争将该项目打造成资源节约型、环境友好型的重点民生项目，从而为该区域的污水处理事业奠定坚实的基础。

关键词： 水质净化厂；施工组织设计；关键技术措施

中图分类号：X52   文献标识码：A

0.前言

近年来，随着社会经济的飞速发展，区域水环境污染问题日益突出，主要表现为污染源头多、排污体量大、水质达标难等[1]。“提质增效，扩建拓能，实现污水处理提标全覆盖”已成为我国新时代的治水战略[2]。榕江是粤东地区第二大河流，流域内云湖水系污染程度较重，主要原因为沿线城镇管网覆盖范围有限、现状水质处理设施标准低、水生态系统功能弱化等。目前，云湖水系与榕江交汇处河口水质为劣Ⅴ类，对群众健康及人居环境产生了不良影响。为进一步落实生态文明建设理念，根本性改善榕江流域水污染现状，并为区域协调发展注入新动力，通过在水系上游建设仙耘、湖美两座水质净化厂，可有效削减入河污染负荷，提升区域污水收集和处理能力，从而为打赢水质污染攻坚战奠定坚实基础。水质净化厂具有建设规模大、协调因素多、施工工期紧等特点，为进一步积累污水进厂管控和提质增效建设经验，结合仙耘、湖美两座水质净化厂建设实际，对其施工组织设计及关键技术措施进行探讨。

1.工程概况

项目建设地点位于揭阳市揭西县，揭西县云湖水系现状水质净化厂有棉湖污水处理厂，其设计规模4万m³/d，位于云湖水系下游与榕江交汇处上游，目前已建成。现状棉湖污水处理厂二期工程业已建设完成，可将污水出水标准由一级B提高至一级A，从而改善榕江南河水质。虽然的排水管网为雨污分流排水体制，但是还有部分管网尚未建成，且区域的上游处于辖区交界区域，为典型的无序发展区域，目前基础设施相对薄弱，加之环境监管难度大，部分生活污水、养殖废水及工业废水直接汇入榕江支流，部分支流成为了流域的纳污河道，对群众健康及人居环境产生不良影响。因此，需要政府考虑在云湖水系再新建两座水质净化厂，以改善区域内的水环境问题。

本工程主要在云湖水系仙耘、湖美来水方向新建取水管、泵站及一体化处理设施，建设内容包括：进厂管线、平流沉砂池、粗格栅及提升泵房、细格栅、膜格栅、A2/O 生化池、MBR池等污水处理构筑物；设备间、加药间、鼓风机房、污水储泥池等辅助性生产建筑物；进厂道路、给水管线、厂区外电等配套工程。其中湖美水质净化厂建设规模为4000m³/d；仙耘水质净化厂建设规模为2000m³/d。工程建设目标为：（1）污泥处理目标为污泥处置至含水率小于60%后，送至附近具有无害化污泥处置经验和资质的单位进行处置；（2）臭气处理目标为规范最高允许浓度二级标准。设计的进出水水质见表1和表2。

表1 进水水质指标

表2 设计出水水质

本工程污水处理系统主要采用“A2/O＋MBR处理工艺”。核心组合单元具有平均污泥浓度高、污泥负荷低、碳源利用充分、除磷脱氮效率高、运行成本低、耐冲击负荷、不易发生污泥膨胀、同等条件下生物池容积小，且工程投资省、运行费用低等优点。

图1 污水处理工艺流程

污水处理工艺流程如图1，具体内容包括：（1）污水通过管道、进水口、粗格栅后进入污水泵房。生活污水通过粗格栅的目的是为了将污水混有的纤维、木材、塑料制品和纸张等杂物进行截留，保证水泵和处理构筑物的机械设备和管道不被磨损或堵塞，使后续处理流程能顺利进行；（2）提升泵泵送污水进入细格栅除污机，通过去除污水中的砂砾，使无机砂粒与有机物分离开来，便于后续生物处理；（3）污水配水井进入生化池进行碳化、硝化，去除污水中的有机物、氨氮后，进行缺氧反硝化除总氮和厌氧除磷（该步骤在生化池中进行）；（4）生化反应处理后的污水进入膜池，在膜池中进一步处理并进行泥水分离后进入清水池，尾水回补河道以扩充枯期水量和提升水质。

2. 项目施工重难点分析

（1）防台防汛：揭西地区属于亚热带季风气候区，每年5～10 月台风次数频繁，雨量充沛，项目施工工期为2021年6月～9月，施工过程中将跨越台风季节，对施工组织和安全具有极大的影响，易造成突发事件。特别是本工程大面积的场地填筑、管沟挖填施工作业等，受天气影响程度较大。

（2）基坑开挖：工程基坑面积较大，基坑开挖深度较深，基坑侧壁及坑底多位于淤泥质土或粉质粘土中, 且基坑结构边线距离用地红线较近，施工场地局促。

（3）地下管线：项目施工区域地下管线复杂，迁改或保护工程量大，对项目的工艺设计和结构布局影响较大。

（4）安全文明施工及环境保护：项目本身属于环保类的市政工程项目，且作为揭西县重要的民生工程，施工期间的安全防护措施、文明施工措施及环境保护措施要求较高。

3. 施工组织设计

施工组织方案按照项目组成以分部、分项划分和编制，并在技术方案中考虑相应的季节性施工措施[3]。施工组织设计遵循以下原则：（1）经济性原则，即对工程内开挖土方进行平衡，减少重复性投资。（2）合理性原则，即先施工地下工程，后施工地上工程[4]；先施工硬性部分，后施工软性部分。

3.1 施工关键部位

本工程一体化设备数量多、工艺复杂、工期紧迫，且单体构筑物多，布局紧凑密集。工程施工的关键部位如下：

（1）提升泵房：钢筋混凝土水池施工涉及模板支设和支撑体系、后浇带混凝土浇筑、防水混凝土、特殊工艺管线等工序，施工中将其作为重点单位工程和关键部位，通过采取系列措施严格进行安全、质量和进度管理。

（2）水池底板浇筑：水池底板混凝土属于大体积混凝土，施工的关键部位主要涉及留置的施工缝、后浇带等，需要在施工前科学确定混凝土配合比、外加剂掺量和浇筑程序等，以保证水池底板的施工质量。

（3）防水混凝土：池体结构均为防水混凝土，施工质量对结构后期的防水影响至关重要，因此首先需要对地基加固，防止不均匀沉降引起池壁裂缝；同时在施工前严格进行原材料、配合比设计、结构施工的工艺策划。

（4）调试与试运行：项目竣工前需要进行联调联试，尤其是供电线路的相位检测及联锁开关的调试，主要包括变压器、开关柜和电机的单机调试，以及整个动力系统的系统调试。

（5）自控系统的调试：硬件及软件调试、静态系统调试、动态系统调试、综合系统调试、联动试车调试等也是项目的关键工作。

3.2 施工组织设计方案

3.2.1基坑开挖及土方填筑

本工程除部分建筑物采用桩基基础外，其他建筑物基础大多落在回填土或耕植土上，因此需要根据设计要求对地基进行换填或者碾压处理。除此之外，工程的基坑局部存在人工填土、植物层等不良地层，因此开挖过程中需严格控制标高，保证施工至粉质粘土层时，其承载力特征值不小于130kPa。基坑开挖到设计标高后，须进行承载力测试，测试合格后方可回填，回填材料应符合级配要求和材质、粒径、含泥量、含水量等技术参数。回填混合料每次虚铺厚度为250mm，并用大于180kN震动式压路机碾压3遍以上，压实系数大于0.96。每虚铺碾压一层均进行密实度检测，合格后进行下一层铺压施工，总体承载力特征值区间为160～180kPa，直至施工到底板设计标高。碾压过程中，对于机械难以达到的部位，如集水井和观测设备附近等，可采用小型打夯机夯实。

3.2.2地基加固处理

工程基坑工程数量多，但大多地质不佳，需要进行地基加固处理，处理达到承载力特征值不小于140kPa后方可进行主体结构施工。由于多数基坑开挖深度较浅，可采用自然放坡方式开挖，并采用碎石换填软弱土体，同时在基坑周围设置集水沟和集水坑，区域汇水采用抽水泵排入现有河道。

3.2.3 主体结构

（1）底板施工：底板属于大体积混凝土结构，施工时采用0.90×1.80m的胶合板作为模板，φ48mm的钢管作为支架。钢管的间距为300mm，底板上下设置两道φ12mm的对拉螺栓，螺栓间距为600mm，并将螺栓内侧焊接在水平骨架钢筋上，底板模板施工见图2。

图2 底板模板施工示意图

钢筋采用绑扎或者焊接的方式进行，φ16mm以下的钢筋采用绑扎搭接，搭接长度≥42d；φ16mm以上的钢筋采用焊接方式，焊接采用E50系列焊条，焊接时钢筋保持轴线一致，保证焊缝饱满，待焊接完成后及时清理掉焊渣。混凝土采用泵车浇筑，浇筑结构为底板和底板腋角以上20cm。混凝土浇筑分两部分进行，即先浇筑大面积的筏板混凝土，后浇筑加强带，在浇筑加强带时须更换混凝土配合比。混凝土浇筑从一端向另外一端推进，浇筑时保证橡胶止水带的上下侧混凝土振捣密实，并不得有蜂窝、麻面或者空洞出现，从而避免影响池体结构的防水性能。

（2）池壁及顶板施工：池壁和顶板结构分两次施工，第一次施工至顶板腋角以下20cm,第二次连同顶板一次施工完成。池壁模板采用胶合板，墙体弧形部位采用竹胶板，并以φ48mm钢管作为支架；同时采用φ14mm的对拉螺杆加固。顶板底模和池壁侧模均采用0.90×1.80m的胶合板，外侧主楞采用双排钢管，间距0.45m；内侧次楞采用单根钢管，间距0.225m。池体顶板采用支模架体结构，支架从底板搭设至顶板，承重支架采用重型门式支架进行搭设，每榀门架纵向间距为1.1m，横向间距0.8m。操作脚手架采用φ48mm钢管进行搭设，脚手架步距1.8m，横向间距1.5m，纵向间距1.5m。钢筋绑扎施工要求同底板施工一致，但是需要对孔洞进行预埋，对于直径小于300mm的孔洞钢筋绕过,遇直径大于300mm的孔洞钢筋应截断，并在孔洞周围进行钢筋加强。 需要注意的是生物池体结构也位于此池体附近，因此外侧脚手架也是生物池的通道架，生物池施工池壁及顶板时可从通道架进入作业面。

3.2.4厂区管网施工

基坑及主体结构施工完成后，进行厂区的雨水、污水和给排水等各种地埋管线施工。地埋管线的沟槽开挖、管道安装和沟槽回填主要采用机械施工，并辅以人工作业配合。开挖方法采用端部开挖与侧边开挖相结合，整体采用分段开挖、流水作业；管道可采用吊机安装。管网安装完成后按照设计和规范要求进行各种功能性试验，试验合格后报监理工程师进行质量验收，待通过后逐层回填至地面标高。

4. 关键施工技术分析

4.1 基坑土方开挖

基坑土方开挖遵守分区、分层、均衡的原则[5]。土方须分层、分段开挖，每层高度1.5～2.0m，分段长度一般按照10～15m进行。基坑除进水泵房采用钢板桩支护外其余采用自然放坡，坡面均喷射混凝土防护（按照开挖一层随即护面喷射一层混凝土的方式进行）。

4.2 土建建筑物施工

本工程建筑物下层结构主要为各种泵房、格栅渠、浓缩池、生化池、污泥调节池等地下或半地下池体结构，由于地下结构属于隐蔽工程，因此均为本项目的关键施工作业内容。施工顺序须按照以下流程进行：场地填压或开挖换填→垫层→地下池体底板→池壁→顶板层→装水试验→池体防水施工→建筑区回填→地面框架层。地下楼层较高的鼓风机房和综合楼的钢筋、模板采用塔吊运输，其它采用汽车吊配合人工搬运。

4.3 厂区管道、厂区道路和绿化施工

沟槽开挖时机械挖掘至距离槽底20cm时采用人工清底[6]，不得扰动原状基底，若基底土质不满足要求，按照规范要求进行换填后方可安装管道，且管沟回填前需完成闭水试验。厂区道路基层采用水泥稳定石粉渣基层，采用摊铺机进行施工，稳定后浇筑混凝土刚性路面。厂区道路和空地进行苗木和花卉、台湾草等绿化种植，绿化面积共8.84ha，养护管理时间为三个月。

4.4 主要设备安装

设备安装主要包含格栅机、水泵、风机、水下搅拌机、消毒设备和阀门等。设备安装尤其需注意定位精度和安装顺序，定位的基准线应以厂房柱子的纵横中心线或墙、构筑物的边缘线为准，其允许偏差为±10mm。设备找平时一般横向水平偏差不大于1/1000 ，纵向水平偏差不大于0.5/1000mm。地脚螺栓上的油脂和污垢应清除干净，地脚螺栓离孔壁大于15mm，其底端不应碰及孔底，且螺纹部分应涂油脂。当拧紧螺母后螺栓须露出1.5～5个螺距。灌浆采用细石混凝土或水泥砂浆，强度比基础或地坪的混凝土强度等级高一级。同一传动中心上所有轴承中心应在一直线上，即具有同轴性，轴承座须牢靠地固定在机体上。当机械运转时，轴承座不得与机体发生相对位移。轴瓦合缝处放置的垫片不应与轴接触，离轴瓦内径边缘一般不宜超过1mm。

4.5 电气安装

电气施工前应熟悉图纸，做好预埋工作，避免后期开墙凿洞等重复工作。配管配线、桥架、电缆敷设、配电箱等须按图纸正确施工、安装到位，动力系统等待设备就位后，接线连接设备做试运转，并且接线需要配备套管，同时，试运转需要在系统正式通电后进行。

4.6 给排水管道工艺

给排水管道主要的施工流程为：安装准备→预制加工→ 干管安装→ 支管安装→卡件固定→ 封口堵洞→闭水试验→通水试验。管道施工前应根据图纸绘制预留口，编制加工草图，并根据草图量好管道尺寸，进行断管。断口要求平齐，并用铣刀或刮刀除掉断口内外飞刺。粘接前应对承插口进行插入试验，不得全部插入，一般为承口的3/4 深度。试插合格后，用棉布将承插口需粘接部位的水分、灰尘擦拭干净。之后用毛刷涂抹粘接剂，先涂抹承口后涂抹插口，随即用力垂直插入。插入粘接时将插口稍作转动，以利粘接剂分布均匀，粘牢后立即将溢出的粘接剂擦拭干净。多口粘接时应注意预留口方向。

5. 结语

    （1）水质净化厂具有专业多、结构复杂、施工场地狭小、体量大等特点，需要针对项目的具体施工环境制定相应的施工组织方案。以仙耘、湖美水质净化厂建设工程为例，结合项目建设时间、工程地质及区域气象水文条件等，探讨了工程施工的重难点，并对施工组织方案进行了科学的论述。

（2）项目涉及基坑工程、主体结构、管道工程、电气工程等多个分部分项工程施工，针对不同的工程进行了施工关键技术的论述，明确了施工要点，尤其是部分工程的施工工序不可逆，所以在施工过程中应按科学规范的顺序进行施工，从而有利于项目施工质量的保障。

（3）工程实践表明，合理的施工组织设计是工程质量保证、成本管控和工期履约的纲领性文件。项目的高效实施可进一步改善区域内的水环境，促进地区经济稳步增长。项目的实施可为我国类似水质净化厂工程的建设积累一定的项目管理经验。

参考文献：

[1] 黄卫生.浅谈我国污水处理的现状[J].西南给排水. 2005,（03）:14-19

[2] 任红娟.我国城市污水处理的主要工艺和发展趋势[J].中国建设教育. 2006,（04）：22-27

[3] 李淑华．中冶建工中标重庆璧山生活污水处理厂施工总包工程[J].施工企业管理，2019，(3)：120-123．

[4] 齐听，刘嘉夫，张国利．兰州西固生活污水处理厂主体构筑物施工方案[J]中国科技信息，2014，(21)：86-88．

[5] 王阳.地下式污水处理厂运维要点及成本浅析[J].技术与市场，2019，26（12）：181-182.

[6] 黄明娜.国内地下式污水处理厂发展现状及前景思考[J].化学工程与装备，2016，（6）：233-235.