上海金海水廠一期EPC工程設計施工探討

孫建海

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 項目背景

浦東供水區由浦東新區及閔行區浦江鎮組成，總供水面積約672 km2，供水區內除金海水廠以外，目前共有6座大型水廠，分別是：凌橋水廠、陸家嘴水廠、居家橋水廠、楊思水廠、臨江水廠、川沙水廠，六家水廠的總供水能力185萬m3/d。為了更好地為浦東新區的持續發展提供所必須的供水配套條件，實現上海市和浦東新區供水規劃中提出的供水目標，滿足城市發展和居民生活對自來水的要求，必須盡快建設金海水廠的一期工程。

2 工程設計及主要生產工藝簡介

該工程擬采用的MULTIFLO高速沉淀池+TGV厚床高速粗粒濾池的常規凈水工藝型式。

2.1 高速斜管沉淀池

MULTIFLO高速沉淀是將混凝、絮凝和沉淀和濃縮集為一體的緊湊型工藝。該工藝能去除原水中的大部分的懸浮固體顆粒。斜管和攪拌器極大地改善了絮凝和沉淀效果，即使在上升流速較高的情況下，仍能保證出色的出水水質。

該項目計劃建設高速斜管沉淀池一座，規模為40萬m3/d，采用鋼筋混凝土結構。原水經DN2000輸水管輸送至高速斜管沉淀池的前部原水分配池，經過進水閘門后，分為兩路分別進入機械混合池，再進入機械絮凝池反應完成后，進入高速斜管沉淀池。40萬m3/d規模系統分為二組獨立的生產線。

高速斜管沉淀池一座，分成二組，平面尺寸為79.4 m×71 m，池深約8.8 m，每組規模為20萬m3/d。在快速混合前投加95%的堿式氯化鋁（5%投加在后混合池中），混合部分的混合接觸時間為2 min。單格混合池有效容積為153 m3，有效水深為6.1 m。混合池內設置一套機械混合攪拌器。

每格沉淀池包括絮凝區及斜管沉淀區兩部分，在絮凝池投加 高分子助凝劑PAM，有效水深為8.02 m，絮凝時間22.8 min，池內設兩套慢速機械攪拌式反應器。

2.2 高速濾池

過濾是水處理過程的重要環節，因為它是懸浮物去除的最終步驟。由于原水濁度一般很低，沉淀后出水濁度一般低于1NTU。這樣，TGV快速濾池的工作周期可超過24 h，同時其運行情況也是十分理想的，節約的費用也很可觀。快速過濾原理是通過增加濾料厚度和顆粒直徑來增加截污能力。所以，懸浮物能穿透的濾料深度較大，實現了濾料層的“整體過濾”， 比普通濾池的“表層過濾”優越。

該工程計劃建設高速濾池一座，總規模40萬m3/d，采用鋼筋混凝土結構，雙排布置，每排可獨立運行。每排濾池分成5格，單格濾池過濾面積124.48 m2，設計正常濾速14 m/h，一格反沖洗時濾速為15.6 m/h。采用單層石英砂濾料，有效粒徑為1.35 mm，不均勻系數小于1.3，砂層厚度為2.0 m，砂上水深1.25 m，過濾周期48 h。

3 工程施工的特點、難點及應對措施

3.1 樁基施工區域工程地質條件復雜

該項目工程地質條件復雜，對結構設計依據—即地質勘探報告數據的完備性和準確性有較高要求，以及對勘察、設計和施工三方的緊密配合要求高。另外，根據該工程對設計流程的需要，對單體的沉降控制值提出了遠高于規范要求（200 mm）的設計值（50 mm）。

解決措施：

該項目集成了勘察、設計和施工三方的優勢資源組成金海水廠的執行項目部。在項目勘察前項目部就制定了針對該項目施工區域工程地質條件復雜的情況下，確保樁基設計、施工質量，進一步確保構筑物沉降滿足設計值要求的勘察、設計、施工方案。另外，項目部會同業主和監理對很多管樁施工單位和管樁供應商進行了詳細的考察，最終選擇了在管樁領域施工經驗豐富、施工能力很強的施工企業作為管樁施工單位。在完成初勘和詳勘后，設計先根據勘察報告進行樁基設計，得出樁基的試樁施工圖。項目部根據試樁施工圖，組織在施工現場實地試樁。針對進入施工現場的每一套管樁，監理均用專業的檢測儀器對管樁進行了檢測，對有懷疑的管樁還進行了破壞性試驗檢驗，以確保管樁質量。勘察設計人員在現場全程跟蹤試樁情況，并根據試樁情況出正式的樁基施工圖。

3.2 對混凝土抗滲要求高

該項目主要由水工構筑物組成，水工構筑物對混凝土抗滲要求較高，抗滲指標為P6，尤其是在夏季施工。控制裂縫的產生是該工程的重中之重，即混凝土質量控制的重點是在混凝土強度符合設計要求的前提下，確保混凝土滿足抗裂、抗滲的要求。

解決措施：

針對該工程特點和以往工程經驗，認為裂縫主要為混凝土收縮裂縫和溫度裂縫。控制裂縫的方法主要從混凝土配制和施工工藝方面進行解決。

3.2.1 收縮裂縫產生原因

收縮裂縫又分為收縮沉降裂縫和早期干縮裂縫，以早期干縮裂縫出現較多。該裂縫為斷續的垂直裂縫，裂縫中部較寬、兩端較窄、呈梭狀。裂縫多為表面裂縫。裂縫經常發生在池壁、結構變截面的地方。早期干縮裂縫大多出現在較薄的結構、大風天或夏季炎熱施工的底板結構表面。這種裂縫出現較早，一般在混凝土初凝之前就已經開始發生，若不加以處理和養護，局部裂縫將會貫穿整個結構。象這樣的裂縫在混凝土還沒有達到初凝之前，對其表面用木抹子進行再次拍壓抹平，并立即在表面覆蓋養護，即可消除該種裂縫的再發生。

3.2.2 溫度裂縫產生原因

這種溫度裂縫主要出現在大體積混凝土底板和長池壁施工中。這種裂縫表現為內部裂縫和表面裂縫，裂縫出現在混凝土澆筑后的3～5 d，初期出現的裂縫很細，隨著時間的發展而繼續擴大，甚至發展達到貫穿的程度，嚴重時其寬度最大可達1～2 mm。這種裂縫有時在墻體拆模后即可發現。水泥水化的物理化學過程中產生大量的反應熱，使混凝土內部溫度迅速升高，水泥水化熱在1～3 d可放出熱量的50%左右。主要解決措施是控制內外溫度差。

通過對以上兩種裂縫產生的原因的分析，針對該工程水工構筑物對混凝土抗裂、抗滲要求較高的特點，項目部會同業主、監理組織設計和施工技術人員與商品混凝土供應商進行了專項討論，以便使該項目現澆混凝土在滿足強度的前提下如何更好地滿足抗裂及抗滲要求。該項目水工構筑物的強度指標為C25，抗滲指標為P6。項目部設計專家根據以往項目經驗，一般強度高的混凝土由于其水泥含量相對高，水化熱相應也就高，易產生裂縫，因而抗滲能力低，反之亦然。針對混凝土的強度指標和抗滲指標呈反相關變化的這種特點，項目部需要選擇一種混凝土配合比，使按該配合比拌制的混凝土既能滿足抗滲要求，又能滿足強度要求，同時還需滿足國家規范要求。

現場集合施工、監理、攪拌站和外加劑廠家共同商討研究，最終項目部決定采取試配的辦法來選擇配合比。根據《地下工程防水技術規范》（GB50108-2008）對最少水泥用量為260 kg的規定，考慮到減少水泥用量可減少水化熱對混凝土裂縫開展的影響，項目部分別按水泥用量為265 kg、270 kg、280 kg幾種情況試配混凝土。（另外，根據以往工程的施工經驗的總結，在上述試配混凝土中，還采用添加微膨脹劑來適當控制混凝土的膨脹率，通過各種不同外加劑摻量的配比試驗，最終確定了采用10%外加劑摻量的配比方案。） 待上述不同水泥用量的試配混凝土達到齡期后，對其強度和抗滲能力進行檢測，發現其強度指標和抗滲指標均能滿足要求，水泥用量為265 kg的試配混凝土強度已達C30。項目部通過綜合考慮，最終選擇了水泥最少用量為265 kg的混凝土配合比，其既滿足規范要求，又滿足混凝土強度和抗滲指標要求。

3.3 設備對土建尺寸的精度要求高

由于該項目采用高速沉淀、高速過濾工藝，構筑物布置緊湊，設備間距都很小，因此工藝設備對土建尺寸的精度要求很高，也就是說結構施工不僅要滿足國家規范標準的要求，更要滿足工藝、設備、電氣、自控儀表等提出的“設備對土建的要求”，如濾池濾板平整度誤差要求在±2 mm以內。

解決措施：

土建設計技術交底時，就已考慮到工藝設備對土建的偏差要求，落實工藝設備對土建偏差要求的量化值指標。土建施工時不但要滿足國家規范要求，還要滿足該項目制定的工藝設備對土建偏差要求的量化值指標。采用混凝土基礎平整度控制技術，保證達到機器運行的高要求。對預埋件和預留洞口采用專門的控制尺寸精度的技術措施執行，保證精度并且結構完好。

4 EPC工程總承包管理模式在金海水廠一期項目中的運用

該工程由上海市政工程設計研究總院與上海市基礎工程有限公司組成的聯合體以設計、采購、施工EPC總承包模式承建，合同造價約4.4億元，工程于2008年11月10日開工，于2011年12月1日正式通水。

下面就EPC工程總承包模式在整個金海水廠一期運作情況，談幾點體會：

（1）充分發揮和利用EPC總承包合同的組織優勢，更好地協調設計人員和施工管理人員的聯系，嚴格控制設計變更數量，從源頭上確保工程的進度控制和質量控制。

EPC工程總承包的基本出發點是借鑒工業生產組織的經驗，實現建設生產過程的組織集成化，以克服由于設計與施工的分離致使投資增加，以及克服由于設計和施工的不協調而影響建設進度、質量等弊病。

在工程施工中，建立以設計院主管領導牽頭，現場項目經理、設計負責人積極參與的組織體系。出圖計劃和施工進度計劃緊密銜接，使設計與施工兩個階段有機融合，有序搭接。

在設計過程中，探索讓現場有著豐富施工經驗的項目管理人員參與到施工圖紙的審查工作中來，“增加一雙眼睛看問題”，減少設計變更。在施工過程中勤記錄、嚴內控，遇到重大設計方案變更及時上報院主管領導，建立“重大設計變更問詢制”。

第三，以國內消費市場為基礎，奠定自身發展的有力土壤。事實上，現階段的消費市場已經證明了我國消費能力的水平。下一步要努力在刺激國內消費市場上形成新的突破。具體而言，一方面變更中國制造為中國創造，不斷的提升我國產品在國際商品市場上的競爭力，將國內的消費力留在國內；另一方面要根據世界財經形式的變化進行合理且適當的資本的輸出，將更多的國家納入到中國“一體化經濟圈”的治理范疇，形成更為穩固的合作態勢。

整個金海水廠一期工程，共收到土建設計變更單97份，安裝設計變更55份，較同規模類似項目有較大幅度減少，主要是設計過程中的具體數據和參數進一步的細化、完善和補充。

（2）以貫標工作為依托，強化項目質量管理保證體系，促進質量控制進入良性循環。

金海水廠一期工程，除了繼承了傳統市政項目樁基作業多，民工安全意識薄弱等特點外，還呈現出以下幾個方面的特點：a.“點多、面廣、戰線長”，從最西邊的污泥平衡池到最東邊的二級泵房，全程將近440 m，在道路比較順暢的情況下，車輛行駛需要將近20 min。b.任務急，社會責任大。金海水廠一期工程作為世博會的配套項目，涉及到浦東地區幾十萬人的吃水問題，是一個實實在在的民生工程。c.施工生產周邊環境干擾因素大，現場的施工環境一直處于動態變化中，這就極大地增加了管理工作的難度。項目部必須針對施工現場的一些變化，及時制訂有針對性的安全技術措施。

針對上述情況，金海水廠一期工程EPC總承包項目部自組建之日起，依據企業《質量保證手冊及程序文件》，挑選技術業務精干的工程技術人員參加該工程的設計施工。同時，強化項目質量管理保證體系，編制了相應的項目質量保證計劃，對影響工程質量的諸多相關因素、專題研究重點攻關，使工程施工質量更上一層樓，達到工程優質標準。

（3）從細節著手，做好項目策劃工作，建章立制，狠抓落實。

為了保證工程有序推進，項目部根據該工程的實際情況，逐漸建立起以下幾項基本制度：

a.每一個子單位工程的專題策劃制度，包括專項施工方案和專項安全技術方案的討論及專家評審工作，使每個子單位工程的施工技術、工藝更成熟、更規范、更安全，工期計劃更合理、更科學，力爭做到每個項目心中有數。同時項目部每周二召開討論會，分析施工中的難點，共同商討對策，有效解決疑難問題。

c.安全文明工地措施到位。加強對分包商的安全監督和管理，確保安全設施和措施經費足額投入。嚴格執行安全生產費用管理辦法，將安全措施費明確列入分包合同中，防止分包商因安全措施投入不到位而造成的安全事故。項目部整潔干凈的施工場地、井然有序的施工作業場面、嚴謹的安全措施，不論何時接受檢查，結果都令人滿意。

d.嚴格執行對分包商的資質審核，嚴禁資質不符合要求的隊伍進場，從源頭上把握好生產經營活動的合法操作，確保安全工作順利開展。

（4）認真分析該工程的質量控制的重點、難點，制定有針對性的專項施工方案。

以清水池施工為例。清水池結構尺寸為87m×66 m×6 m，具有大體積混凝土澆筑產生水化熱大等特點。經項目部多次組織研討，將該點混凝土澆筑設置為質量控制點，并設有專人負責質量與管理。

為了防止清水池建成后，基坑內地下水位急劇上升，或外表水大量涌入，使構筑物自重小于浮力，導致構筑物浮起，項目部指定了以下措施： a.選擇可靠的降低地下水位的方法，嚴格進行降水施工，對降水所用機具隨時做好保養維護。b.構筑物下及基坑內四周埋設排水盲管和抽水設備，一旦發生基坑內積水隨即排除。c、建立防汛組織，強化防汛工作。

5 結語

為了保證水質質量和集中管理，在我國經濟較發達的地區推薦使用區域供水系統，即在一個較大的地域范圍內統一取用一個水質較好、供水量較充沛的水源，組成一個跨越地域界限、向多個城鎮和鄉村統一供水的系統，已成為業內一個共識。上海金海水廠項目作為一個遠期供水規模為80萬m3/d大型水廠，生產工藝上采用法國MULTIFLO高速沉淀池+TGV厚床高速粗粒濾池的常規凈水工藝，組織管理上采用EPC工程總承包管理模式，真正體現了“技術先進、管理科學、經濟合理”的發展宗旨。

[1]上海市水務規劃設計研究院、上海市政工程設計研究總院、上海浦東威立雅自來水有限公司.《浦東區域供水系統規劃》[R].上海：2009.

[2]上海市環境科學研究所.《金海水廠二期工程環境影響報告書（送審稿）》[R].上海：2010.

[3]張玉先，張曉健.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]上海市政工程勘測有限公司.《金海水廠地質勘察報告》[R].上海：2008.