水廠升級改造施工組織設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

張 碩,劉 歡

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱 150080)

隨著城市發(fā)展、居民用水需求不斷提升,高品質(zhì)供水成為每個(gè)城市長久以來的重要需求,為保證高品質(zhì)供水建設(shè)符合現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)的水廠是重中之重,在黨的十九大召開之后,人們注重便利、環(huán)保、實(shí)惠、智能、安全的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)水務(wù)體系,并且已經(jīng)成為各個(gè)水務(wù)行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)[1]?，F(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)的提高使水處理的過程逐漸變得復(fù)雜、多樣化和精細(xì)化。水廠的現(xiàn)代化正在不斷提高自動化水平,設(shè)備的技術(shù)含量也在逐步提高,這使得水廠急迫需要升級改造[2]?，F(xiàn)在許多水廠落后于現(xiàn)代工藝,凈水工藝、出水工藝等實(shí)現(xiàn)不了現(xiàn)代化,從而導(dǎo)致環(huán)境污染,對生態(tài)造成嚴(yán)重破壞,然而許多老舊水廠因?yàn)槠涞乩項(xiàng)l件不能進(jìn)行大規(guī)模搬遷和拆除[3]。如何通過升級改造來使老水廠滿足現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn),使水廠有機(jī)械化向自動化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為了當(dāng)今城市供水系統(tǒng)建設(shè)的重要課題[4]。水廠升級改造存在時(shí)間長,問題多,相關(guān)研究較少,施工組織設(shè)計(jì)缺乏相關(guān)示例。完整的施工組織方案包括綜合考慮用地問題,優(yōu)化建筑空間資源等等。這些都是解決后續(xù)升級改造問題的前提條件。此外合理根據(jù)水廠附近天然環(huán)境施工導(dǎo)流、設(shè)計(jì)主體工程可以為后續(xù)水廠升級改造帶來便利。文章以松花江三水廠升級改造工程為例,設(shè)計(jì)總體水廠施工組織方案,為水廠改造升級施工組織設(shè)計(jì)提供了參考案例。

1 施工概況

1.1 工程概況

松花江三水廠升級改造工程位于哈爾濱市道里區(qū)松花江南岸,第一水源地區(qū)域內(nèi)。根據(jù)建設(shè)需要,需建設(shè)引水工程,以供哈爾濱市景觀用水,受水區(qū)分別為群力體育公園、何家溝東溝、黛秀湖公園。工程引水期為7個(gè)月,日引水量為120000m3,引水流量約為1.4m3/s。工程擬建活動攔砂閘1座,涵閘1座,利用現(xiàn)狀水塘和U型池改建引水渠道840m3,其中現(xiàn)狀池塘120m3,U型池720m3。改造工程由渠道工程和進(jìn)水閘組成。改造工程主體總工程量是55003m3,其中:土方開挖40816m3;土方填筑8577m3;砂石方砌筑18690m3;混凝土方845m3。具體工程量見表1。

表1 工程量統(tǒng)計(jì)表

1.2 水文氣象條件

哈爾濱市位于中國的黑龍江省西南部位赤道北部的太平洋冷空氣團(tuán)環(huán)流和日本西南海洋高壓氣團(tuán)環(huán)流聯(lián)合影響,氣候大致為夏季潮濕高溫短促緩慢,冬季短促干燥、短促寒冷、嚴(yán)寒漫長,春季炎熱風(fēng)雨較多,秋季較為溫暖且清涼,四季干濕暖分明。全年平均年氣溫為3.5℃,歷史最高氣溫41℃,最低氣溫-41.4℃;歷年初霜最早在9月7日,最晚在10月8日;終霜最早在4月13日,最晚在6月5日,全年無霜期150d左右,冬冰期190d左右;年平均降雨量530mm,集中在7月、8月,多年平均蒸發(fā)量1501.4mm。季節(jié)性凍土發(fā)育,每年10月末開始結(jié)凍,至翌年3月中旬開始融化,6月初化透,最大凍結(jié)深度2.0m。松花江自西南向東北流經(jīng)市區(qū)北部,是哈爾濱市區(qū)內(nèi)主干河流,河道支流很多并且河道蜿蜒,年徑流量154～756.5億m3,輸砂量151～1140萬t,最大流量12300m3/s。

1.3 地質(zhì)條件

松花江三水廠升級改造工程場地位于哈爾濱市道里區(qū)松花江南岸,第一水源地內(nèi),場地地形起伏較大,最大高差5.40m。哈爾濱位于松嫩平原西北的東南邊緣,在松花江中游的西北,東面大部分地方為較低山丘陵平原及低山地,其余三面多為地形較緩廣闊和平緩寬廣的丘陵山地沖積平原,平原上地形復(fù)雜起伏,河谷與洼地相對發(fā)育,階級地間界線比較分明,和平緩開闊平原的洪泛區(qū)。擬建的場地的地貌形態(tài)為松花江沙漫灘,其地質(zhì)成巖因?yàn)槭堑谒募o(jì)海水沖積、淤積泥沙作用影響下逐漸形成的。該工程場地在勘察深度范圍內(nèi)已經(jīng)探明到的主要地層全部為中生代第四紀(jì)的松散構(gòu)造地層。場地基土均為內(nèi)外兩層復(fù)合結(jié)構(gòu),上部主要為黏性土,下部以砂土為主,黏性土層間不均勻分布。自上而下共劃分4個(gè)主層及6個(gè)亞層。

地下水類型主要為含第四紀(jì)沉積物松散的孔隙水,地下水大量存在分布于地層底部或砂土堆積層孔隙中,含水層的分布范圍較為相對穩(wěn)定。場地靠近松花江處,地下水系統(tǒng)與松花江之間在水力結(jié)構(gòu)上也聯(lián)系十分緊密,由于其含重水層而具有一個(gè)較好的地下滲透作用和深層徑流條件,形成一種額外有利的徑流排泄機(jī)制和徑流補(bǔ)給的條件,并能有一定幅度的自然降水過程和自然蒸發(fā)影響水位。地下水動態(tài)的變化的規(guī)律:7～9月份為豐水期,水位高,3～5月份為枯水期,水位低,根據(jù)調(diào)查地下水位年變化幅度2.00～3.00m左右。勘察期間場區(qū)地下水:初見水位埋深0.00～8.30m,靜止水位埋深0.00～7.20m,海拔高程114.24～117.40m。

1.4 其他條件

松花江三水廠升級改造工程所在地哈爾濱市道里區(qū)陽明灘大橋一水源附近,對外交通較發(fā)達(dá)方便,施工建筑材料可經(jīng)陽明灘大橋或松花江堤防堤頂路運(yùn)輸至施工使用地點(diǎn)。道路通暢,滿足施工車輛運(yùn)行要求。改造工程施工場地周邊部分電網(wǎng)線路已經(jīng)架設(shè),施工用電主要采用柴油發(fā)電機(jī)組,少部分采用電網(wǎng)供電。根據(jù)其他工程的實(shí)際工程量及結(jié)合相關(guān)已有工程的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)毓╇娋€路,確定本次施工用電為70%自發(fā)電,30%網(wǎng)電。施工用水從河流使用水泵來抽取水。生活用水采用市政管網(wǎng)用水。工程所需材料商品混凝土、碎石、塊石、砂礫料、汽柴油料均需外購。

2 施工總體布置

2.1 施工原則

松花江三水廠升級改造工程施工作業(yè)現(xiàn)場布置總圖的布置及設(shè)計(jì)均遵循著因地制宜,因時(shí)制宜,有利企業(yè)施工安全生產(chǎn),方便當(dāng)?shù)厝罕妱趧由?易于施工指揮調(diào)度管理,安全高效可靠,經(jīng)濟(jì)合理實(shí)用等合理的設(shè)計(jì)構(gòu)思的基本總原則。

根據(jù)各工程項(xiàng)目具體建筑布置設(shè)計(jì)情況、工程和施工技術(shù)特點(diǎn)、施工時(shí)間進(jìn)度計(jì)劃、水電煤氣供應(yīng)條件及建設(shè)場地條件需要等因素情況,本著建筑經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理、有利于生產(chǎn)、方便群眾生活施工和建設(shè)盡可能做到減少建筑物占地空間的技術(shù)原則,分為建設(shè)施工階段現(xiàn)場布置生產(chǎn)區(qū)地和員工生活區(qū),并盡可能根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場施工實(shí)際要求采用場地集中建設(shè)的設(shè)計(jì)方式來進(jìn)行建筑施工的場地布置。改造工程為哈爾濱市三水廠升級改造工程,主要施工生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)臨時(shí)占地均在管理范圍內(nèi),不進(jìn)行額外征地,施工倉庫200m3,同時(shí)新建場內(nèi)施工路1.0km。改造工程主要為渠道清淤開挖及石方襯砌工程,開挖土料部分進(jìn)行回填利用,余土就近攤鋪在場地周圍,不需要設(shè)置黏土料場。

2.2 對內(nèi)外交通

松花江三水廠升級改造工程所在地哈爾濱市道里區(qū)陽明灘大橋一水源附近,對外交通較發(fā)達(dá)方便,施工建筑材料可經(jīng)陽明灘大橋或松花江堤防堤頂路運(yùn)輸至施工使用地點(diǎn)。道路通暢,滿足施工車輛運(yùn)行要求。改造工程場內(nèi)臨時(shí)交通均采用了公路的運(yùn)輸出行方式,臨時(shí)運(yùn)輸?shù)缆贩秶饕ㄊ桥c施工單位生產(chǎn)的生活區(qū)道路之間、各大施工機(jī)械現(xiàn)場之間、各施工現(xiàn)場、及與外界的聯(lián)通道路。施工期間,為了方便施工及生活需要,在充分利用現(xiàn)有道路的基礎(chǔ)上新修和維修臨時(shí)道路,新建道路總長1.0km。

2.3 水電布置

松花江三水廠升級改造工程施工供電特點(diǎn)是用電相對較集中,施工場地附近少部分網(wǎng)電可供施工使用,因此施工用電采用70%自發(fā)電,30%網(wǎng)電。改造工程主要用電為混凝土工程以及生活區(qū)的照明用電和其它零星用電。因?yàn)楦脑旃こ烫幱谒苫ń浇?可取松花江水作為生產(chǎn)用水,生活用水采用市政管網(wǎng)用水供人飲用。

3 施工導(dǎo)流

3.1 施工導(dǎo)流方式

松花江三水廠升級改造工程是在現(xiàn)有圍堤內(nèi)進(jìn)行施工,現(xiàn)狀圍堤高程約120m,根據(jù)水文專業(yè)資料,松花江流域春汛施工水位為116.88m,秋汛施工期水位為118.81m?，F(xiàn)狀圍堤滿足施工期擋水要求,因此改造工程不需要修建圍堰進(jìn)行施工導(dǎo)流。主體工程完成后,采用加長臂挖掘機(jī)將進(jìn)水口位置圍堤拆除。

3.2 基坑降排水

松花江三水廠升級改造工程施工場地位置距離松花江河道距離較短,在含水層形成互補(bǔ)的排泄和補(bǔ)給條件,這是由于根據(jù)地質(zhì)專業(yè)資料施工區(qū)域地質(zhì)含水層的滲透性和徑流條件較好。根據(jù)地質(zhì)剖面圖及地下水位高程、建基面高程等,考慮修建水泥攪拌樁作為施工期間防滲措施,同時(shí)考慮施工降排水采用管井井點(diǎn)降水法保證干地施工?，F(xiàn)狀池塘水位為115m,設(shè)計(jì)建基面底高程為113m;U型池現(xiàn)狀水位高程為116m,設(shè)計(jì)建基面底高程為111m;新建過水方涵底高程為113m,根據(jù)降水深度、地層特性,在U型池迎水側(cè)修建2502m3水泥攪拌樁,減少滲流量,同時(shí)考慮采用管井井點(diǎn)降水法保證干地施工,降水臺時(shí)為25000臺時(shí)。

4 進(jìn)度控制

4.1 施工總進(jìn)度編制依據(jù)

松花江三水廠升級改造工程嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)的工期要求,科學(xué)而有序的安排整個(gè)項(xiàng)目的施工準(zhǔn)備與設(shè)備生產(chǎn)、作業(yè)組織與驗(yàn)收程序,認(rèn)真高效地進(jìn)行組織與投入生產(chǎn)勞動中的最后生產(chǎn)力,采取項(xiàng)目建設(shè)既有上下前后交叉平行連續(xù)施工方案又要同時(shí)有左右上下左右交叉的連續(xù)施工作業(yè)技術(shù)措施等的一系列先進(jìn)連續(xù)施工技術(shù)組織的方法,控制工程各項(xiàng)的施工設(shè)備生產(chǎn)與進(jìn)度,確保工程工期。制定一套科學(xué)而切實(shí)有效可行且合理高效的礦山緊急施工組織技術(shù)方案體系標(biāo)準(zhǔn)和礦井應(yīng)急作業(yè)安全防護(hù)工作技術(shù)保證等制度措施,定人定崗定職責(zé)定獎(jiǎng)懲,確保了應(yīng)急礦井施工任務(wù)的總體安全和進(jìn)度完成和礦山員工人身生命體征安全,嚴(yán)格依法落實(shí)有效控制著施工企業(yè)人員死亡率上升和死重傷率。

制定完善科學(xué)有效切實(shí)安全可行成本合理低廉的工程建設(shè)各項(xiàng)技術(shù)施工和管理措施技術(shù)方案規(guī)章制度安全和質(zhì)量生產(chǎn)責(zé)任制安全與管理三保證的工作措施,定人定崗定職責(zé)定獎(jiǎng)懲,確保建設(shè)各項(xiàng)安全施工和技術(shù)的安全生產(chǎn)設(shè)施安全和管理員工人身物品的生產(chǎn)安全,嚴(yán)格必要的管理控制減少工人死亡率事故發(fā)生和人員重傷率。

嚴(yán)格堅(jiān)持按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9001:2008國際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量認(rèn)證管理新體系要求的技術(shù)要求精心組織各項(xiàng)施工,強(qiáng)化項(xiàng)目施工現(xiàn)場管理,建立與健全工程項(xiàng)目質(zhì)量信譽(yù)保證責(zé)任體系,強(qiáng)化現(xiàn)場施工過程質(zhì)量誠信保證責(zé)任措施,使工程各項(xiàng)監(jiān)督管理工作全部落到工地實(shí)處,確保各項(xiàng)工程質(zhì)量目標(biāo)管理的要求順利實(shí)現(xiàn)。針對當(dāng)前該類型工程普遍的機(jī)械化施工方式特點(diǎn),從各地實(shí)際生產(chǎn)情況綜合出發(fā),優(yōu)化機(jī)械施工技術(shù)隊(duì)伍裝備的專業(yè)配置,安排一些參加實(shí)施過大型類似大型工程機(jī)械設(shè)備施工,經(jīng)驗(yàn)豐富過硬的小型專業(yè)化的施工技術(shù)人員隊(duì)伍,以進(jìn)一步確保項(xiàng)目工期速度和工期質(zhì)量。

針對當(dāng)前該重點(diǎn)工程項(xiàng)目的復(fù)雜施工管理特點(diǎn),從企業(yè)實(shí)際施工情況要求出發(fā),優(yōu)化企業(yè)施工管理人員隊(duì)伍建設(shè)的崗位配置,安排一些參加實(shí)施過大型類似大型工程復(fù)雜施工,經(jīng)驗(yàn)豐富過硬的大型專業(yè)化的施工人員隊(duì)伍,以進(jìn)一步確保了工期速度和質(zhì)量。

4.2 施工總工期

松花江三水廠升級改造工程根據(jù)黑龍江省已開建項(xiàng)目或近期在建中的其他類似改建工程現(xiàn)場施工場地情況,改造一期工程的施工用地初擬為總工期為1a,具體安排:工程籌建期內(nèi)完成工程占地、移民安置等工作。

152021年1～4月為工程準(zhǔn)備期,對外交通公路及場內(nèi)主要交通線路修筑;永久及臨時(shí)生活區(qū)房建;風(fēng)、水、電、通訊系統(tǒng)以及施工工廠設(shè)施;場地平整等工作。

162021年4月中旬開始進(jìn)入主體工程施工期,進(jìn)行土方開挖、回填、石方襯砌等施工,同時(shí)進(jìn)行頂管工程施工,盡量在2021年6月中旬春汛期間完成開挖襯砌及管道鋪設(shè)工程,7～8月進(jìn)入大汛,大汛結(jié)束后9～11月完成后期全部工程,2021年11～12月為工程完建期。

5 主體施工方案

5.1 土方平衡

松花江三水廠升級改造工程主要為清淤開挖工程,開挖料部分進(jìn)行回填利用,余土就近攤鋪在場地周圍,不設(shè)置土料場及棄渣場。土方平衡詳見表2。

表2 土方平衡表 m3

5.2 混凝土工程

混凝土結(jié)構(gòu)工程模板是一種指的按土木工程設(shè)計(jì)所要求,將混凝土鋼筋桿和普通混凝土鋼筋兩種常用材料直接利用預(yù)制模板進(jìn)行澆筑拼裝而成的帶有各種特定形狀截面和空間大小組合的組合構(gòu)件模板或混凝土結(jié)構(gòu)。

混凝土采用外購商品混凝土,施工區(qū)內(nèi)采用機(jī)動翻斗車進(jìn)行水平運(yùn)輸,下部混凝土采用溜槽入倉進(jìn)行垂直運(yùn)輸,上部混凝土垂直運(yùn)輸采用覆帶機(jī)調(diào)運(yùn)入倉,插入式震搗器震搗?；炷恋臐仓こ掏瓿珊细窈缶捅仨毿枰皶r(shí)來進(jìn)行干燥養(yǎng)護(hù),在干燥養(yǎng)護(hù)施工過程中我們可以直接采用覆蓋一層塑料布等來進(jìn)行干燥養(yǎng)護(hù),以此達(dá)到保證其濕潤和養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

5.3 水泥攪拌樁防滲墻

水泥土混凝土復(fù)合攪拌池基樁防滲墻系統(tǒng)具有處理防滲技術(shù),具有造價(jià)要求比較低、施工和設(shè)備工藝要求簡單、施工和技術(shù)工效利用率高、成膜墻效果好的特點(diǎn),已經(jīng)成功且廣泛的被成功應(yīng)用于當(dāng)今國內(nèi)外建筑行業(yè)各大技術(shù)領(lǐng)域中的建筑防滲和加固基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)工作。其主要的作業(yè)和工序主要為有平整、清理地面施工單元場地、現(xiàn)場開挖導(dǎo)漿槽、打樁機(jī)、其它相關(guān)及附屬工程作業(yè)設(shè)備系統(tǒng)的配置安裝及調(diào)試、現(xiàn)場施工測量和放樣、噴漿液的配制、現(xiàn)場攪拌使噴漿提升下沉至現(xiàn)場地面設(shè)計(jì)的施工單元、噴漿提升再沉至設(shè)計(jì)施工的地面、現(xiàn)場施工單元場地的平整成墻、移位等。

5.4 施工材料設(shè)備及人力供應(yīng)

松花江三水廠升級改造工程改造工程所需主要材料及人工用量:改造工程共需水泥519t,鋼筋42t,汽油1t,柴油17t,砂子1759m3,石子1322m3,塊石17054m3,施工總工日為9.69萬工時(shí)。

改造工程設(shè)置獨(dú)立的生產(chǎn)生活區(qū),承擔(dān)工程生產(chǎn)建設(shè)需要及生活需求。生產(chǎn)生活區(qū)內(nèi)設(shè)置施工加工系統(tǒng)、機(jī)械修配系統(tǒng)、生活福利設(shè)施等。

工程位置為哈爾濱市區(qū),混凝土工程量不大,根據(jù)哈爾濱市城市要求,市區(qū)周邊禁止施工場地現(xiàn)場拌制混凝土,因此改造工程混凝土采用外購商品混凝土的方式,混凝土場內(nèi)垂直運(yùn)輸采用泄槽,水平運(yùn)輸采用汽車運(yùn)輸。

6 結(jié) 論

在施工前應(yīng)對施工區(qū)域的水文氣象條件及地質(zhì)條件提前調(diào)研,本水廠距河流較近施工區(qū)域地質(zhì)含水層的滲透性和徑流條件較好,需要考慮修建水泥攪拌樁作為施工期間防滲措施,同時(shí)考慮施工降排水采用管井井點(diǎn)降水法保證干地施工。施工總布置遵循根據(jù)地點(diǎn)環(huán)境來進(jìn)行施工,布置方便工人生活和進(jìn)行生產(chǎn)活動,并且有利于進(jìn)行管理,布置要求安全環(huán)保,經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則。