地埋式污水处理厂工艺设计

　　有别于传统的地上式污水处理厂，地埋式污水处理厂将污水处理的主要构筑物全部或多数集中在一个构筑物箱体内，埋设在地下，占地面积大大缩小，对周边环境的影响较小，同时因为地下的恒温使得其污水处理效果受外界环境影响较小，但是也具有建设成本高、运营管理难度和成本高等缺点。

　　一、污水处理厂建设方案选型

　　污水处理厂主要目的是处理污水中的有机物和浊度，达到更好的出水水质才是根本，在污水处理厂的选型上，需要因地制宜，结合厂址位置、地质条件、整体规划以及地形地貌和远期规划进行考虑。

　　从土地资源利用方面考虑，地埋式污水处理厂在城市中心，或者土地资源紧缺的地方，而在一些中小城市、偏远地区就没有太大的必要性。再者地埋式污水处理厂具有噪音和臭味污染小特点，而且顶面均作景观绿化处理，可以建设成为居民休闲锻炼的场所，因此在人员密集区附近建设的污水厂宜采用地埋式设计。此外地埋式污水处理厂埋设与地下，水处理构筑物内温度较为恒定，污水处理的效果不容易受到环境因素的影响，在北方冬季气温较低地区应用较好。还有地埋式污水处理厂采光通风要求较高，建设投入和运营成本都很高，运营期间设备故障率较高，在半地埋式与全地埋式比较起来，半地埋式操作层可采取自然采光、自然通风，对机械通风和采光需求较小，同时又具有地埋式的特点，投资和运营成本都相对较小，更具有优势。

　　从地形地貌和城市规划考虑，污水处理厂的设计同时应请园林景观参与规划，结合建设地面的现场地形地貌、将来的规划来确定是否采用地埋式，以及是采用半地埋式还是全地埋式。

　　从地质条件考虑，采用地埋式污水处理厂一般都需要进行支护设计、地质条件决定了支护设计的难度和安全风险，施工难度和风险因素也应充分考虑，如果地质条件较差，常年雨水量较大的地区不适宜采用全地埋式污水处理厂，而应采用半地埋式设计，至于很多人考虑的操作层厂房露出地面的部分可以通过景观的艺术处理进行亮化。

　　此外由于地埋式污水处理厂集中在地下，因此其后期改造升级难度就非常大，处理能力和出水水质很难提升，因此在确定地埋式方案时，应予以考虑，必要时应预估国家标准的提高的可能性，在设计时提前考虑，避免后期国家规范标注提高后无法达标运行。

　　二、地埋式污水处理厂设计

　　地埋式污水处理厂工艺选型目前一般采用MBR型和传统A2O，或者是A2O+生物曝气滤池，或是前两者结合。

　　在工艺选型方面应充分考虑进水水质和排放标准，同时结合各大污水处理厂的云因监测数据分析，利用大数据分析，来确定工艺选型;同时还应考虑用地条件，一般地埋式污水处理厂占地都较小，为了进一步分减少占地，缩短工艺流程尤为重要，同时便于设计布置，因此国内大量的地埋式污水处理厂采用MBR工艺，具有工艺流程短，出水水质好等特点，但同时具有建设、运营成本高的特点，因此也有很多大型地埋式污水处理厂还是选用A2O工艺;这需要综合比拟，同时还应结合业主的管理水平并参考业主方的意见进行确定。

　　地埋式污水处理厂设计中目前存在两大问题，一是缺少地埋式污水处理厂的通风规范标准。由于地埋式污水处理厂构筑物全部或大多数集中在地下封闭空间，需要充分考虑人工照明和机械通风，但目前通风无地埋式污水处理厂国家标准，设计上一般参考民用建筑标准，通过已建成污水处理厂来看，很多厂通风效果还是略差，易出现安全事故;二是消防设计缺少地埋式污水处理厂标准，按照民用地下建筑规范一般消防分区不大于1000�，依据地下车库标准一般不大于4000�，但需要设计喷淋设施，目前有些地区消防管控严格地按前者设计，有些地区采用2000�左右的方案，但即使是这样，依然会导致操作层被分割的非常密集，运营管理难度大。在设计中应做好地方政府、消防部门的协调个工作，最好是能根据工艺单体进行划分。

　　三、地埋式污水处理厂施工

　　地埋式污水处理厂施工有别于传统的地上式污水处理厂，在施工方面具有以下特点：

　　(1)地埋式污水处理厂占地面积小，一般只有传统污水处理厂的1/3，然而这也给施工带来了很大的难度，除去深基坑，地上可以利用的空间十分有限，材料的储备、加工、厂内运输难度都非常大。

　　以合肥市清溪净水厂为例，清溪净水厂原为望塘污水处理厂三期工程，后因采用PPP模式建设，更名为合肥市清溪净水厂，原望塘污水处理厂一期二期总规模18万m3/d，占地约275亩地，而采用地埋式设计的清溪净水厂暂占地仅90亩，除去深基坑以后，原设计上口仅南侧和北侧部分区域可修建临时施工便道，其他位置尺寸不足3m，东西两侧上下通道外壁更是紧贴红线设计，材料设备无法运送至施工部位。后经我单位参与设计优化，通过将支护桩作为池壁外模板，缩小二级平台，调整放坡比例、两侧车道延后施工等方法，实现箱体四周的连续环状道路，打通了施工机械设备和材料运输的生命通道，为施工提供有力的保障。

　　本工程混凝土用量约15万m3，钢筋用量约1.8万t，模板高达26万�，脚手架高峰时期超过200万m，周转材料现场储存场地、钢筋、模板加工场地都要进行合理的规划，为了更为合理的布置场地，发挥有限空间的吞吐能力，本项目采用BIM技术进行三维场地布置，所有加工机械，加工棚，结构、道路、周边高压线等均按1∶1比例制作模型，整合在一起进行布置，确保了布置的合理性。

　　在厂区布置时，同时兼顾了结构内的材料运输，工程共布置6台塔吊，为了保证塔吊的有效利用率，实现最大的覆盖范围，塔吊直接布置在箱体内，经验算并与设计沟通后，利用箱体底板作为塔吊基础，最终塔吊覆盖面积可达箱体面积95%以上，由于是水工构筑物，顶部又做景观绿化，结构每一层的梁板位置、尺寸均不一样，同时还有管廊、渠道等，塔吊在布置时需要兼顾错开，为了方便布置，防止出错，塔吊布置我们也是利用BIM制作了信息化模型，将箱体模型、厂区模型、塔吊模型进行整合，通过三维可视化，一次性判断塔吊与各层构配件的位置关系，将塔吊洞口设置在只有板结构的位置，同时规避掉厂区附近的高压线、行道树等，还可以模拟塔吊对加工厂成品区的覆盖情况，使得塔吊布置十分合理。

　　(2)由于工程采用全地埋式设计，工程设计较为集约化，水处理构筑物、操作空间、地下交通、综合管线均集中在一个地下箱体内部，埋设于地下，因此需要进行基坑支护，而且一般地埋式污水处理厂的基坑都具有面积大、深度深的特点，设计难度和施工难度都比较大。此外因污水处理构筑物隔墙多、渠道多、如果基坑采用内支撑设计，施工难度更大，格构柱、支撑梁与结构冲突很难避免。

　　昆山北区污水处理厂三期扩建工程，深基坑采用的是灌注桩+水泥搅拌桩+内支撑的形式，内支撑设计标高位于构筑物中板下3m位置，施工时，必须要解撑，如果要施工至撑下，等结构混凝土强度达到后，解撑，工期将会受到很大的影响，且未施工中板时外墙为悬臂结构，拆撑时对结构会产生很大的影响，设计上将底板外挑延伸至桩边，作为置换支撑，底板混凝土强度达到70%后拆除支撑。虽然昆山问题得到解决，但其基坑深度较浅内支撑对地下箱体施工效率和安全的影响不容忽视，在基坑设计时，必须充分考虑箱体结构设计，考虑施工的顺序，确定换撑方案。

　　清溪净水厂项目采用的是咬合灌注桩+预应力锚索支护体系，有效避免了内支撑的影响，施工工序组织较为灵活，免去了拆撑的工序。

　　(3)土方工程量大，昆山半地埋式污水处理厂土方总量约20万m3，合肥清溪净水厂土方外运量高达70万m3，尤其是国家环保督查越来越严格，土方外运将受到极大地限制，土方工程成为影响工期的较大因素。

　　尤其是清溪净水厂2016年全年有效出土天数仅有85天，给工程进度带来了很大的影响。

　　由于厂区占地面积小，地上空间有限，厂内临时堆放土方，基本不可能，土方平衡无从谈起，后期基坑和顶部填土还需要外购土方。我公司一方面从土方开挖方案，运输通道上进行优化，对土质较差的土体进行改良硬化，在仅有一个出口的情况下，最大单天出土量达1万m3。另一方面在业主以及我单位的共同努力下，向环保、城管部门沟通，争取出土时间，多方寻找弃土场，保证外运效率。

　　(4)因为集约化的设计，各水处理构筑物集中在一个箱体内部，需要分区施工，而各单体、各分区之间没有过度空间，施工集中在一块，施工相互干扰，且一般工期都较紧，材料运输冲突，严重制约工程进度。

　　两个水厂施工时，我们均利用结构施工缝、膨胀加强带或者后浇带对箱体进行分区施工，由于工程量较大，为了加快施工效率，一般都配备2到3家劳务作业队伍进行施工，各个劳务作业队伍之间往往互不相让，在施工空间上、运输设备上都争抢不休。

　　(5)地埋式污水处理厂综合管线包含工艺管道、通风、除臭、消防、给水、电缆桥架、加药、照明等，同时很多地方需要设置起重设备，从设计角度的碰撞规避、施工工序的合理组织、各专业交叉施工要求很高。有些设备管道需要在土建施工过程中就提前就位或先放入单体。

　　综合管线施工方面，利用BIM软件进行碰撞分析，找出各管线之间以及其余结构之间的碰撞关系，本着小让大，弱让强的修改原则，在设计阶段就予以规避，避免了后期大量变更改动给工期带来的影响。在施工时各管线的施工顺序要进行合理的安排，先下后上，先内后外，需要统筹管理，不能随意施工。

　　(6)由于箱体全部设置在地下，箱体又是超长混凝土结构，易产生变形和收缩裂缝，混凝土抗渗控制难度高，地下箱体的防水、防漏控制要求很高。

　　设计院为了消除渗水、漏水隐患，箱体构筑物一般尽量减少设置伸缩缝，而是采用膨胀加强带或后浇带的方式控制混凝土收缩裂缝。

　　昆山污水厂箱体混凝土地下部分为C30P8混凝土，地面上部为C40P8混凝土。清溪水厂采用的全部是C40P8混凝土。在混凝土裂缝控制上，严格按照大体积混凝土施工规范进行配合比设计和制定施工方案。通过添加微膨胀外加剂和抗裂纤维补偿混凝土收缩和抗裂，增加粉煤灰用量降低水泥用量，减少水化热。施工时，对混凝土进行测温检测，大体积混凝土预埋冷凝管，池壁模板根据测温数据延缓拆模时间，而不是按照经验拆除。在每一次施工分区，一般控制宽度小于25m(单向)。然而最后还是没有完全避免收缩裂缝的产生，分析归类有以下三类：①采用C40混凝凝土较C30明显偏多;②外墙在填土后产生裂缝;③构筑物与车道连接处混凝土外墙结束，改砖砌体变化位置放射性裂缝，经后期分析是由于刚性约束发生变化产生。建议设计上水平筋优先考虑设置在立筋外侧，施工时应严格控制混凝土保护层，外墙填土时分次回填，不得采用机械碾压;在刚性约束发生变化的位置增加抗裂加强筋。

　　(7)由于地埋式臭气需要收集处理，水处理构筑物基本上需要做封闭处理，有别于一般的敞口式污水厂，只是在一些必要的地方预留了一些检修、吊装孔，而二层的水处理构筑物高度高，周转材料的消耗量非常大，混凝土完成后，周转材料的拆除、转运难度非常大，耗时费力。

　　通常在工期不够用的情况下，箱体的模板和脚手架、方木等材料，难易实现大量周转使用。待箱体主体完工时，一次性投入的大量材料拆除外运，将成为一大难题。主体施工期间应考虑拆除外运通道走向，应及时与设计沟通增加永久或临时预留洞口设计，洞口预留位置考虑上下统一，避开隔墙，便于封堵且不影响主体结构质量和安全的原则，此种办法能大大提高工作效率。

　　清溪净水厂项目在我项目部合理组织下创下一个月归还120万米脚手架钢管、60万枚扣减，20万个顶托的记录，转运出6万�模板，得到业主的肯定与表扬。

　　(8)BIM技术应用辅助设计施工。我们两个污水处理厂均应用了BIM技术，开工初期进行设计优化与图纸会审，解决综合管线之间、管线设备与结构之间的冲突问题，成功规避掉了多项设计冲突，施工场地三维布置、优化塔吊设置、地下障碍物分析等、后期利用三维算量软件实现工程量的电算、利用模型进行三维技术交底、讨论施工方案、施工进度模拟演示等

　　四、结束语

　　随着国家对环保的重视以及老百姓环保意思的加强，地埋式污水处理厂将是今后大中型城市污水处理厂建设的主流，各方面的经验也将越来越丰富，以上我的总结也是聆听各界专家的意见后的一些体会，供大家参考。(来源：中铁上海工程局集团有限公司)