地埋式污水處理廠技術(shù)研究

崔佳

摘 要 隨著人口數(shù)量的大爆發(fā)和城市的擴張，污水處理廠無法滿足日益增長的處理要求，又受到土地等方面的限制，無法進行擴建、擴容，同時人們環(huán)保意識增強，對地上式污水處理廠也產(chǎn)生較大的抵制，這就促使各大國家研究并建設地埋式污水處理廠?；诖耍疚慕Y(jié)合實踐案例，從建設方案選型、設計、施工等方面總結(jié)經(jīng)驗，以供參考。

關鍵詞 地埋式污水處理廠;污水處理;總結(jié)經(jīng)驗

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)集中在一個構(gòu)筑物箱體內(nèi)，埋設在地下，占地面積大大縮小，對周邊環(huán)境的影響較小，同時因為地下的恒溫使得其污水處理效果受外界環(huán)境影響較小，但是也具有建設成本高、運營管理難度和成本高等缺點。是一味地跟風，還是切合實際，如何確定污水處理廠的建設形勢，設計和施工特點，運營注意事項，本人結(jié)合近兩年來的研究、了解，談一下自己的看法。

1污水處理廠建設方案選型

污水處理廠主要目的是處理污水中的有機物和濁度，達到更好的出水水質(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期規(guī)劃進行考慮。

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、偏遠地區(qū)就沒有太大的必要性。再者地埋式污水處理廠具有噪音和臭味污染小特點，而且頂面均作景觀綠化處理，可以建設成為居民休閑鍛煉的場所，因此在人員密集區(qū)附近建設的污水廠宜采用地埋式設計。此外地埋式污水處理廠埋設與地下，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)應用較好。還有地埋式污水處理廠采光通風要求較高，建設投入和運營成本都很高，運營期間設備故障率較高，在半地埋式與全地埋式比較起來，半地埋式操作層可采取自然采光、自然通風，對機械通風和采光需求較小，同時又具有地埋式的特點，投資和運營成本都相對較小，更具有優(yōu)勢。

從地形地貌和城市規(guī)劃考慮，污水處理廠的設計同時應請園林景觀參與規(guī)劃，結(jié)合建設地面的現(xiàn)場地形地貌、將來的規(guī)劃來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行支護設計、地質(zhì)條件決定了支護設計的難度和安全風險，施工難度和風險因素也應充分考慮，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，而應采用半地埋式設計，至于很多人考慮的操作層廠房露出地面的部分可以通過景觀的藝術(shù)處理進行亮化。

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，應予以考慮，必要時應預估國家標準的提高的可能性，在設計時提前考慮，避免后期國家規(guī)范標注提高后無法達標運行[1]。

2地埋式污水處理廠設計

地埋式污水處理廠工藝選型目前一般采用MBR型和傳統(tǒng)A?O，或者是A?O+生物曝氣濾池，或是前兩者結(jié)合。

在工藝選型方面應充分考慮進水水質(zhì)和排放標準，同時結(jié)合各大污水處理廠的云因監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，利用大數(shù)據(jù)分析，來確定工藝選型;同時還應考慮用地條件，一般地埋式污水處理廠占地都較小，為了進一步分減少占地，縮短工藝流程尤為重要，同時便于設計布置，因此國內(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，但同時具有建設、運營成本高的特點，因此也有很多大型地埋式污水處理廠還是選用A?O工藝;這需要綜合比擬，同時還應結(jié)合業(yè)主的管理水平并參考業(yè)主方的意見進行確定。

地埋式污水處理廠設計中目前存在兩大問題，一是缺少地埋式污水處理廠的通風規(guī)范標準。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械通風，但目前通風無地埋式污水處理廠國家標準，設計上一般參考民用建筑標準，通過已建成污水處理廠來看，很多廠通風效果還是略差，易出現(xiàn)安全事故;二是消防設計缺少地埋式污水處理廠標準，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)地下車庫標準一般不大于4000㎡，但需要設計噴淋設施，目前有些地區(qū)消防管控嚴格地按前者設計，有些地區(qū)采用2000㎡左右的方案，但即使是這樣，依然會導致操作層被分割的非常密集，運營管理難度大。在設計中應做好地方政府、消防部門的協(xié)調(diào)個工作，最好是能根據(jù)工藝單體進行劃分。

3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：

（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，材料的儲備、加工、廠內(nèi)運輸難度都非常大。

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，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m?/d，占地約275畝地，而采用地埋式設計的清溪凈水廠暫占地僅90畝，除去深基坑以后，原設計上口僅南側(cè)和北側(cè)部分區(qū)域可修建臨時施工便道，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計，材料設備無法運送至施工部位。后經(jīng)我單位參與設計優(yōu)化，通過將支護樁作為池壁外模板，縮小二級平臺，調(diào)整放坡比例、兩側(cè)車道延后施工等方法，實現(xiàn)箱體四周的連續(xù)環(huán)狀道路，打通了施工機械設備和材料運輸?shù)纳ǖ?，為施工提供有力的保障?/p>

本工程混凝土用量約15萬m?，鋼筋用量約1.8萬t，模板高達26萬㎡，腳手架高峰時期超過200萬m，周轉(zhuǎn)材料現(xiàn)場儲存場地、鋼筋、模板加工場地都要進行合理的規(guī)劃，為了更為合理的布置場地，發(fā)揮有限空間的吞吐能力，本項目采用BIM技術(shù)進行三維場地布置，所有加工機械，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，整合在一起進行布置，確保了布置的合理性。

在廠區(qū)布置時，同時兼顧了結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料運輸，工程共布置6臺塔吊，為了保證塔吊的有效利用率，實現(xiàn)最大的覆蓋范圍，塔吊直接布置在箱體內(nèi)，經(jīng)驗算并與設計溝通后，利用箱體底板作為塔吊基礎，最終塔吊覆蓋面積可達箱體面積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，同時還有管廊、渠道等，塔吊在布置時需要兼顧錯開，為了方便布置，防止出錯，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、塔吊模型進行整合，通過三維可視化，一次性判斷塔吊與各層構(gòu)配件的位置關系，將塔吊洞口設置在只有板結(jié)構(gòu)的位置，同時規(guī)避掉廠區(qū)附近的高壓線、行道樹等，還可以模擬塔吊對加工廠成品區(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計，工程設計較為集約化，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地下箱體內(nèi)部，埋設于地下，因此需要進行基坑支護，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，設計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)支撐設計，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)支撐設計標高位于構(gòu)筑物中板下3m位置，施工時，必須要解撐，如果要施工至撐下，等結(jié)構(gòu)混凝土強度達到后，解撐，工期將會受到很大的影響，且未施工中板時外墻為懸臂結(jié)構(gòu)，拆撐時對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的影響，設計上將底板外挑延伸至樁邊，作為置換支撐，底板混凝土強度達到70%后拆除支撐。雖然昆山問題得到解決，但其基坑深度較淺內(nèi)支撐對地下箱體施工效率和安全的影響不容忽視，在基坑設計時，必須充分考慮箱體結(jié)構(gòu)設計，考慮施工的順序，確定換撐方案。

清溪凈水廠項目采用的是咬合灌注樁+預應力錨索支護體系，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m?，合肥清溪凈水廠土方外運量高達70萬m?，尤其是國家環(huán)保督查越來越嚴格，土方外運將受到極大地限制，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，給工程進度帶來了很大的影響。

由于廠區(qū)占地面積小，地上空間有限，廠內(nèi)臨時堆放土方，基本不可能，土方平衡無從談起，后期基坑和頂部填土還需要外購土方。我公司一方面從土方開挖方案，運輸通道上進行優(yōu)化，對土質(zhì)較差的土體進行改良硬化，在僅有一個出口的情況下，最大單天出土量達1萬m?。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，爭取出土時間，多方尋找棄土場，保證外運效率。

（4）因為集約化的設計，各水處理構(gòu)筑物集中在一個箱體內(nèi)部，需要分區(qū)施工，而各單體、各分區(qū)之間沒有過度空間，施工集中在一塊，施工相互干擾，且一般工期都較緊，材料運輸沖突，嚴重制約工程進度。

兩個水廠施工時，我們均利用結(jié)構(gòu)施工縫、膨脹加強帶或者后澆帶對箱體進行分區(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家勞務作業(yè)隊伍進行施工，各個勞務作業(yè)隊伍之間往往互不相讓，在施工空間上、運輸設備上都爭搶不休。

（5）地埋式污水處理廠綜合管線包含工藝管道、通風、除臭、消防、給水、電纜橋架、加藥、照明等，同時很多地方需要設置起重設備，從設計角度的碰撞規(guī)避、施工工序的合理組織、各專業(yè)交叉施工要求很高。有些設備管道需要在土建施工過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)之間的碰撞關系，本著小讓大，弱讓強的修改原則，在設計階段就予以規(guī)避，避免了后期大量變更改動給工期帶來的影響。在施工時各管線的施工順序要進行合理的安排，先下后上，先內(nèi)后外，需要統(tǒng)籌管理，不能隨意施工。

（6）由于箱體全部設置在地下，箱體又是超長混凝土結(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。

設計院為了消除滲水、漏水隱患，箱體構(gòu)筑物一般盡量減少設置伸縮縫，而是采用膨脹加強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，嚴格按照大體積混凝土施工規(guī)范進行配合比設計和制定施工方案。通過添加微膨脹外加劑和抗裂纖維補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，對混凝土進行測溫檢測，大體積混凝土預埋冷凝管，池壁模板根據(jù)測溫數(shù)據(jù)延緩拆模時間，而不是按照經(jīng)驗拆除。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。建議設計上水平筋優(yōu)先考慮設置在立筋外側(cè)，施工時應嚴格控制混凝土保護層，外墻填土時分次回填，不得采用機械碾壓;在剛性約束發(fā)生變化的位置增加抗裂加強筋。

（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)運難度非常大，耗時費力。

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，難易實現(xiàn)大量周轉(zhuǎn)使用。待箱體主體完工時，一次性投入的大量材料拆除外運，將成為一大難題。主體施工期間應考慮拆除外運通道走向，應及時與設計溝通增加永久或臨時預留洞口設計，洞口預留位置考慮上下統(tǒng)一，避開隔墻，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。

清溪凈水廠項目在我項目部合理組織下創(chuàng)下一個月歸還120萬米腳手架鋼管、60萬枚扣減，20萬個頂托的記錄，轉(zhuǎn)運出6萬㎡模板，得到業(yè)主的肯定與表揚。

（8）BIM技術(shù)應用輔助設計施工。我們兩個污水處理廠均應用了BIM技術(shù)，開工初期進行設計優(yōu)化與圖紙會審，解決綜合管線之間、管線設備與結(jié)構(gòu)之間的沖突問題，成功規(guī)避掉了多項設計沖突，施工場地三維布置、優(yōu)化塔吊設置、地下障礙物分析等、后期利用三維算量軟件實現(xiàn)工程量的電算、利用模型進行三維技術(shù)交底、討論施工方案、施工進度模擬演示等

4結(jié)束語

隨著國家對環(huán)保的重視以及老百姓環(huán)保意思的加強，地埋式污水處理廠將是今后大中型城市污水處理廠建設的主流，各方面的經(jīng)驗也將越來越豐富，以上我的總結(jié)也是聆聽各界專家的意見后的一些體會，供大家參考。

參考文獻

[1] 楊勇，王玉明，王琪，等.我國城鎮(zhèn)污水處理廠建設及運行現(xiàn)狀分析[J].給水排水，2011，（8）：35-39.