拌合場站雨水收集綜合利用系統(tǒng)技術(shù)研究

曾云峰 梁 波 盧振有 莫 峰　

拌合場站雨水收集綜合利用系統(tǒng)技術(shù)研究

曾云峰 梁 波 盧振有 莫 峰

（廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001）

高速公路施工地址一般地處偏遠地區(qū)，施工前期時常會有供電、用水不足的情況發(fā)生。文章依托一在建高速公路工程項目，利用拌合場站料倉匯水面積大和料倉頂與地面高差大等特點布設(shè)雨水收集系統(tǒng)，對降雨進行收集后用作砂石分離機、料倉降塵系統(tǒng)及洗車池等設(shè)備用水，最后通過合理布設(shè)排水系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)備用水的回收再利用。

拌合場站；料倉；雨水收集

引言

水是人類賴以生存發(fā)展的基礎(chǔ)，但是隨著城市化進程的快速發(fā)展，越來越多的城市面臨優(yōu)質(zhì)水源匱乏和水環(huán)境日益惡化的情況，這與我國水源分布不均勻、生活和工業(yè)用水不合理排放等因素有關(guān)[1,2]。為了解決這些問題，近年來，我國許多發(fā)達城市已陸續(xù)開展了大量的雨水收集并回收利用的模式，主要包括企業(yè)模式、園林系統(tǒng)模式和居民小區(qū)模式等。將雨水收集處理后，應(yīng)用于灌溉、非飲用生活用水、補充地下水源等，從一定程度上緩解了城市用水難的現(xiàn)象[1,3]。公路行業(yè)關(guān)于雨水收集的研究起步較晚，目前依舊鮮有文獻記載，但是現(xiàn)有雨水收集研究成果的理論和實踐可一定程度上用于指導(dǎo)本行業(yè)雨水收集研究的開展。

南寧至湛江高速公路№1標(biāo)項目經(jīng)理部五分部拌合站駐地位于欽州市靈山縣武利鎮(zhèn)，全線長25.26 km。拌合站占地面積為14 825.1 m2，屋面匯水面積多達約6 700 m2，主要負責(zé)本標(biāo)段集料存儲和32.7萬m3混凝土的生產(chǎn)。由于拌合場站建設(shè)初期，生產(chǎn)用水主要依賴當(dāng)?shù)刈詠硭畯S提供，但水廠水泵老化，拌合場站時常發(fā)生供水不足甚至缺水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了項目施工進度。為解決這一問題，本項目結(jié)合當(dāng)?shù)赜晁渑?、料倉匯水面積大等特點，研發(fā)了拌合場站料倉雨水收集綜合利用系統(tǒng)，一定程度上緩解了場站的用水緊張，同時為項目降本增效做出了貢獻。

1 工作原理

沿相鄰料倉拱架拱腳每隔10 m設(shè)置豎向10 cm PVC水管，向上連接料倉頂棚預(yù)設(shè)地漏，向下連接預(yù)埋在隔墻基礎(chǔ)內(nèi)的20 cm PVC雨水匯集管。在料倉后面的排水溝設(shè)置一條20 cm PVC雨水匯集總管，接雨水匯集管并連接儲水箱。水箱設(shè)置四個出水口，通過增壓泵可將收集的雨水分別泵送至砂石分離機、料倉降塵系統(tǒng)和洗車池等設(shè)備作為生產(chǎn)用水。系統(tǒng)管線布設(shè)圖如圖1所示。

1—水箱；2—PVC雨水匯集管；3—料倉隔墻基礎(chǔ)；4—PVC水管；5—頂棚地漏；6—料倉隔墻；7—料倉屋面；8—料倉外墻；9—收集雨水。

砂石分離機、降塵系統(tǒng)及洗車池排出污水經(jīng)預(yù)設(shè)排水溝（1%縱坡，0.5%橫坡）匯入沉淀池內(nèi)，經(jīng)初步沉淀后污水流入右側(cè)的攪拌池中，經(jīng)水泵加壓后泵入壓濾機內(nèi)，最后過濾脫水實現(xiàn)廢渣和清水分離，廢渣集中棄置，清水則通過預(yù)設(shè)排水管排入清水池內(nèi)，繼續(xù)作為砂石分離機、降塵系統(tǒng)和洗車池等設(shè)備生產(chǎn)用水。雨水收集綜合利用系統(tǒng)場內(nèi)排水溝布設(shè)圖如圖2所示。

圖2 雨水收集綜合利用系統(tǒng)場內(nèi)排水溝布設(shè)圖

2 施工工藝要點

2.1 工藝流程圖

拌合場站雨水收集綜合利用系統(tǒng)工藝流程圖如圖3所示。

圖3 拌合場站雨水收集綜合利用系統(tǒng)工藝流程圖

2.2 施工操作要點

（1）基礎(chǔ)開挖、澆筑。水箱尺寸為15 m×10 m×2 m，基礎(chǔ)范圍為15.5 m×10.5 m×0.5 m。采用挖掘機對基礎(chǔ)范圍進行開挖，為避免擾動原狀土，在距設(shè)計標(biāo)高20 cm時采用人工輔助開挖。水箱基礎(chǔ)40 cm埋于地下，采用土模澆筑混凝土；10 cm露出地面，支模澆筑。由于水箱直接放置于基礎(chǔ)頂面，且其底板輕薄，為避免地基不均勻沉降導(dǎo)致基礎(chǔ)變形或破損，影響水箱整體穩(wěn)定性，需在基礎(chǔ)頂面和底面各布設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，保護層厚度取30 mm?；炷翝仓驼駬v嚴(yán)格按照振搗工藝實施，每次澆筑厚度不超過30 cm，采用插入式振動棒振搗混凝土以“混凝土表面泛出白漿，表面不再下沉，不出現(xiàn)氣泡”為宜，振搗點距離不宜超過振動棒長度的1.5倍，待混凝土養(yǎng)護強度達到設(shè)計要求，方可繼續(xù)安裝水箱。

（2）水箱主體安裝。水箱主體主要由底板（1 m×2 m ×0.002 m）、角鋼骨架（0.04 m ×0.04 m ×0.002 m）、側(cè)板（1 m×1 m×0.002 m）及頂板（1 m×1 m×0.002 m）等不銹鋼模板組成，各板間均采用全焊連接。側(cè)板安裝時，先采用金屬夾具將兩側(cè)板翼緣夾緊后，點焊固定，最后滿焊。焊接要保證焊縫飽滿，無焊瘤、漏焊或焊傷金屬板。水箱內(nèi)部角鋼骨架縱、橫距及步距離均為1 m，臨近側(cè)板的水平角鋼額外設(shè)置斜向加強撐。具體焊接圖如圖4、圖5所示。

圖4 水箱側(cè)板焊接

圖5 水箱內(nèi)部角鋼骨架焊接

（3）試運行與驗收。完成水箱主體安裝后，將自來水通過水箱頂部預(yù)留孔引入水箱內(nèi)部，待自來水集滿水箱，停止加水。仔細檢查水箱箱底和側(cè)板是否出現(xiàn)漏水、變形或失穩(wěn)等現(xiàn)象。經(jīng)檢查，水箱密封性良好，不存在焊縫漏焊現(xiàn)象，整體穩(wěn)定性和剛度也滿足使用要求。水箱模板各項參數(shù)指標(biāo)應(yīng)符合技術(shù)規(guī)范要求，驗收標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 水箱驗收標(biāo)準(zhǔn)

項次檢查項目規(guī)定值或允許偏差/mm檢查方法和頻率 1水箱高度±5鋼尺量 2水箱長度±5鋼尺量 3水箱寬度±5鋼尺量 5水箱頂板和底板對角線差≤3鋼尺量 6板面平整度22 m靠尺及塞尺量 7相鄰板面高差≤1平尺及塞尺量 8相鄰板面拼縫間隙≤1塞尺量 9垂直度5線墜及鋼尺量

（4）管線布設(shè)。料倉屋面連拱拱腳線上，沿料倉隔墻每隔10 m設(shè)置一豎直Φ 100PVC水管，水管進水口設(shè)置過濾地漏，對雨水進行初步過濾。水管向上與料倉頂棚地漏連接，向下連接預(yù)埋在隔墻基礎(chǔ)內(nèi)的匯水管。由于豎直水管穿過隔墻，因此在澆筑隔墻混凝土前需將其提前預(yù)埋。地面標(biāo)高20 cm以下的隔墻條形基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋Φ 200PVC匯水管，用于匯集頂棚雨水。并在料倉后排水溝內(nèi)布設(shè)Φ 200PVC雨水匯集總管，最后通過匯集總管將雨水匯入蓄水箱中。料倉頂距地面高達12 m，巨大的勢能差可直接將雨水壓入水箱內(nèi)，而無須增添加壓設(shè)備。

（5）綜合循環(huán)利用。收集的雨水經(jīng)過濾沉淀后，通過水箱預(yù)設(shè)排水孔外接水管可直接泵送至砂石分離機、料倉降塵系統(tǒng)、洗車池等設(shè)備作為生產(chǎn)用水。料倉地面設(shè)置1%縱坡便于將降塵系統(tǒng)用水疏導(dǎo)至料倉外側(cè)0.5%橫坡排水溝內(nèi)，砂石分離機及洗車池出水口連接1%縱坡排水溝，將設(shè)備污水引導(dǎo)至沉淀池內(nèi)（見圖1、圖2）。最后經(jīng)沉淀和壓濾機過濾后，實現(xiàn)設(shè)備用水的二次回收再利用。

3 施工保障措施

3.1 質(zhì)量保障措施

3.1.1 材料質(zhì)量控制

材料品質(zhì)是保障工程質(zhì)量的前提，所有材料進出場要嚴(yán)格執(zhí)行以下制度。

（1）材料采購制度：按招標(biāo)文件的有關(guān)要求，采購前根據(jù)材料和物資的質(zhì)量要求選擇供貨單位，對供貨單位的生產(chǎn)能力和管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量以及價格等情況進行調(diào)研，確定合格的供應(yīng)商，并對供應(yīng)過程實行動態(tài)監(jiān)控。

（2）材料檢驗制度：建立材料進場檢查驗收和取樣送檢制度。確保所有原材料經(jīng)試驗分析并出具質(zhì)量鑒定報告才能投入使用，杜絕不合格材料進場。水泥、鋼材等主要材料進場必須三證齊全。所有材料使用前必須進行分批量檢驗，合格后方可使用。

（3）不合格材料拒收和清場制度：材料供應(yīng)由材料部門和試驗部門緊密配合，保證進場材料符合質(zhì)量要求，杜絕不合格品進入施工現(xiàn)場。設(shè)專人收料，不合格的材料拒收；對于經(jīng)檢驗不合格，或己變質(zhì)、被污染的材料必須限時清場。

3.1.2 工程質(zhì)量檢驗

專項方案經(jīng)審核無誤后，嚴(yán)格按照審批后的方案組織施工。建立技術(shù)交底制度，交底以可視化和書面交底為主，會議形式交底及口頭交底為輔。在施工過程中，經(jīng)常檢查施工組織設(shè)計及施工方案落實情況，以確保施工質(zhì)量。質(zhì)檢工程師組織對施工工序及分項工程的質(zhì)量進行檢驗，每道工序經(jīng)檢驗合格后才能進行下一道工序施工。

3.2 安全保障措施

成立安全生產(chǎn)管理領(lǐng)導(dǎo)小組，對所有參與建設(shè)的人員進行安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)，開工前實行安全交底制?，F(xiàn)場配置一名專職安全員，及時發(fā)現(xiàn)問題消除安全隱患。

（1）編制詳細的安全應(yīng)急預(yù)案，包括高空墜落、物體打擊、觸電傷害、機械傷害等事故應(yīng)急預(yù)案，并定期進行應(yīng)急預(yù)案演練。

（2）進入施工現(xiàn)場的所有人員必須佩戴安全帽、身著反光衣，進行高空作業(yè)人員必須系安全帶。

（3）施工機械設(shè)備、車輛等應(yīng)經(jīng)常檢查、維護和保養(yǎng)。操作人員作業(yè)前應(yīng)對設(shè)備的安全性能進行檢查，確保設(shè)備安全運行；各種機械操作人員和車輛駕駛員必須持證上崗。

（4）施工區(qū)域必須正確配置安全防護措施，施工現(xiàn)場警示牌要醒目，沉淀池、攪拌池及清水池的圍護要牢固。

（5）水箱安裝完成后，應(yīng)及時設(shè)置圍擋，并將水箱入口鎖死，設(shè)置禁止攀爬、箱內(nèi)水深等安全警示牌。

3.3 環(huán)保保障措施

項目部設(shè)環(huán)境保護負責(zé)人，在開工前結(jié)合設(shè)計文件和工程特點，制定可靠的環(huán)保規(guī)章制度和環(huán)保措施，報監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后執(zhí)行。組織職工學(xué)習(xí)環(huán)保知識，認真貫徹各級政府的有關(guān)環(huán)境保護和水土保持的方針、政策和法令。

（1）施工過程中應(yīng)注意周圍生態(tài)環(huán)境保護，不得隨意棄置開挖土方、過濾廢渣及生活垃圾等。施工營地和施工現(xiàn)場的生活垃圾和建筑垃圾應(yīng)集中堆放在有防雨棚和地表經(jīng)過硬化處理的臨時垃圾池內(nèi)，并及時集中清運。

（2）沉淀池內(nèi)的沉淀物及壓濾機的過濾廢渣應(yīng)集中棄置，嚴(yán)禁隨意傾倒或者堆放。

（3）對施工和生活中產(chǎn)生的污水和廢水經(jīng)沉淀池后方可排放。在拌合場站出口處設(shè)置清洗區(qū)，配備高壓水槍，設(shè)備用水循環(huán)流入沉淀池，待沉淀后方可泵入壓濾機內(nèi)進行廢渣和清水分離凈化。

（4）臨時道路等工程在施工前報監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，做好環(huán)境保護、水土保持工作，竣工后恢復(fù)地貌的同時及時清理施工現(xiàn)場，做到工完料凈，不給周圍環(huán)境遺留工程垃圾。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

4.1.1 雨水收集系統(tǒng)

項目駐地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛。全年降雨多集中在4—9月，期間降水量占全年的80%，降水天數(shù)達161天。

（1）拌合站屋面面積為6737 m2，一場中雨降水量取20 mm，收集利用率為80%，可收集雨水量為6737×0.02×80%≈107.80 m3。

自來水成本為3元/m3，故一場中雨可為項目節(jié)約成本：107.80×3=323.40元。

（2）根據(jù)施工經(jīng)驗，1 m3混凝土需200 kg水。若使用自來水供水，前期接管花費為90 000.00元，每小時可供水15 m3；300 m3水箱集水供應(yīng)，成本為450元/m3。結(jié)合項目實際情況，拌合站平均每月需拌合混凝土約10 000 m3，即須用水2 000 m3。

由表2可知，使用自來水供水一年費用（含管線安裝）共162 000.00元，比水箱供水費用增長20%；隨著供水時間增長，自來水供水產(chǎn)生的費用呈倍數(shù)增長，3年合同期使用自來水供水為水箱供水花費的2.3倍，為306 000.00元，共計可節(jié)約用水成本171 000.00元。

表2 不同供水系統(tǒng)用水成本對比

使用時間費用/元 自來水（考慮接管花費）雨水收集 1個月96 000135 000 1年162 000 2年234 000 3年306 000

注：中雨，24小時內(nèi)降水量為10.0～24.9 mm；大雨，24小時內(nèi)降水量為25.0～49.9 mm；暴雨，24小時內(nèi)降水量為50.0～99.9 mm；特大暴雨，24小時內(nèi)降水量超過250.0 mm。

4.1.2 砂石回收效益分析

本項目混凝土拌合站平均每個月需拌合混凝土約10 000 m3，合同期3年，每立方混凝土含1 t骨料，0.85 t砂；根據(jù)工程經(jīng)驗分析，混凝土殘留率約為2%，采用砂石分離機對砂、石回收率約為95%[4,5]。因此，可計算合同期內(nèi)碎石和砂的總回收量（砂的密度為1.650 t/m3，碎石的密度為1.5 t/m3）。

碎石總回收量：10 000×1×0.02×0.95×30=5700 t，即5 700/1.5=3 800 m3。

砂總回收量：10 000×0.85×0.02×0.95×30=4845 t，即4 845/1.65≈2 936.36 m3。

合同期內(nèi)可節(jié)約成本如表3所示。

表3 節(jié)約成本表

類型合同單價工程量總價/元 砂97.69元/m3（含運費）2 936.36 m3286853.01 碎石73.13元/m3（含運費）3 800.00 m3277894.00 壓濾機160 000.00元1臺160 000.00 砂石分離機140 000.00元1臺140 000.00 電費5 000.00元/月30個月150 000.00 節(jié)約成本564747.01-450 000=114747.01元

由表3可知，扣除壓濾機、砂石分離機采購費用、電費等前期支出，利用收集雨水對廢棄混凝土回收再利用可為項目節(jié)約共114 747.01元。

3年合同期內(nèi)，雨水收集可節(jié)約用水成本為171 000.00元；廢棄混凝土回收再利用可節(jié)約成本為114 747.01元；故該雨水收集綜合利用系統(tǒng)可為項目節(jié)約成本共285 747.01元，經(jīng)濟效益十分可觀。

4.2 社會效益

本文對一高速公路工程項目中的拌合場站進行降雨收集并資源化，減少了水資源的浪費；同時，通過將拌合站設(shè)備污水回收再利用，最大限度地降低了施工對土地資源的污染及建筑材料的浪費，保護了周邊的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)了“三廢”零排放的目標(biāo)和原料“顆料歸倉”，體現(xiàn)了綠色施工的理念，為后續(xù)公路行業(yè)開展雨水收集相關(guān)研究工作提供了參考。

5 結(jié)束語

隨著國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，建立環(huán)境友好型施工環(huán)境勢在必行。拌合場站雨水收集綜合利用系統(tǒng)操作簡單、實用性強，可以保證在不影響場站主體功能的情況下完成雨水收集和綜合利用，同時該系統(tǒng)配備洗車池、砂石分離機及降塵系統(tǒng)等設(shè)備，盡可能減小了大規(guī)模施工對周邊環(huán)境的污染，經(jīng)濟效益顯著，為建立經(jīng)濟—環(huán)保型的施工工藝開辟了新的途徑。

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Research on the Technology of Rainwater Collection and Comprehensive Utilization System in Concrete Mixing Station

The construction site of highways is generally located in remote areas, and there may be insufficient power and water supply during the early stages of construction. The article relies on a highway project under construction, and utilizes the characteristics of a large catchment area of the concrete mixing station's silo and a large height difference between the silo top and the ground to install a rainwater collection system. After collecting the rainfall, it is used as water for equipment such as sand and gravel separators, silo dust suppression systems, and car wash basins. Finally, the equipment water is recycled and reused through the reasonable layout of the drainage system.

concrete mixing station; silo; rainwater collection

TU73; U417

A

1008-1151(2023)07-0041-04

2023-03-06

曾云峰（1983－），男，廣西上林人，廣西路建工程集團有限公司工程師，從事橋梁隧道施工管理工作。