水廠升級改造施工組織設計與應用研究

張 碩,劉 歡

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院,哈爾濱 150080)

隨著城市發展、居民用水需求不斷提升,高品質供水成為每個城市長久以來的重要需求,為保證高品質供水建設符合現代標準的水廠是重中之重,在黨的十九大召開之后,人們注重便利、環保、實惠、智能、安全的現代化城鎮水務體系,并且已經成為各個水務行業的發展目標[1]。現代標準的提高使水處理的過程逐漸變得復雜、多樣化和精細化。水廠的現代化正在不斷提高自動化水平,設備的技術含量也在逐步提高,這使得水廠急迫需要升級改造[2]。現在許多水廠落后于現代工藝,凈水工藝、出水工藝等實現不了現代化,從而導致環境污染,對生態造成嚴重破壞,然而許多老舊水廠因為其地理條件不能進行大規模搬遷和拆除[3]。如何通過升級改造來使老水廠滿足現代化標準,使水廠有機械化向自動化、數字化轉型成為了當今城市供水系統建設的重要課題[4]。水廠升級改造存在時間長,問題多,相關研究較少,施工組織設計缺乏相關示例。完整的施工組織方案包括綜合考慮用地問題,優化建筑空間資源等等。這些都是解決后續升級改造問題的前提條件。此外合理根據水廠附近天然環境施工導流、設計主體工程可以為后續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,設計總體水廠施工組織方案,為水廠改造升級施工組織設計提供了參考案例。

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松花江南岸,第一水源地區域內。根據建設需要,需建設引水工程,以供哈爾濱市景觀用水,受水區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,利用現狀水塘和U型池改建引水渠道840m3,其中現狀池塘120m3,U型池720m3。改造工程由渠道工程和進水閘組成。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 工程量統計表

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環流和日本西南海洋高壓氣團環流聯合影響,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、嚴寒漫長,春季炎熱風雨較多,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,多年平均蒸發量1501.4mm。季節性凍土發育,每年10月末開始結凍,至翌年3月中旬開始融化,6月初化透,最大凍結深度2.0m。松花江自西南向東北流經市區北部,是哈爾濱市區內主干河流,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松花江南岸,第一水源地內,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,平原上地形復雜起伏,河谷與洼地相對發育,階級地間界線比較分明,和平緩開闊平原的洪泛區。擬建的場地的地貌形態為松花江沙漫灘,其地質成巖因為是第四紀海水沖積、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已經探明到的主要地層全部為中生代第四紀的松散構造地層。場地基土均為內外兩層復合結構,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個主層及6個亞層。

地下水類型主要為含第四紀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定。場地靠近松花江處,地下水系統與松花江之間在水力結構上也聯系十分緊密,由于其含重水層而具有一個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制和徑流補給的條件,并能有一定幅度的自然降水過程和自然蒸發影響水位。地下水動態的變化的規律:7～9月份為豐水期,水位高,3～5月份為枯水期,水位低,根據調查地下水位年變化幅度2.00～3.00m左右。勘察期間場區地下水: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陽明灘大橋一水源附近,對外交通較發達方便,施工建筑材料可經陽明灘大橋或松花江堤防堤頂路運輸至施工使用地點。道路通暢,滿足施工車輛運行要求。改造工程施工場地周邊部分電網線路已經架設,施工用電主要采用柴油發電機組,少部分采用電網供電。根據其他工程的實際工程量及結合相關已有工程的經驗和當地供電線路,確定本次施工用電為70%自發電,30%網電。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現場布置總圖的布置及設計均遵循著因地制宜,因時制宜,有利企業施工安全生產,方便當地群眾勞動生活,易于施工指揮調度管理,安全高效可靠,經濟合理實用等合理的設計構思的基本總原則。

根據各工程項目具體建筑布置設計情況、工程和施工技術特點、施工時間進度計劃、水電煤氣供應條件及建設場地條件需要等因素情況,本著建筑經濟技術合理、有利于生產、方便群眾生活施工和建設盡可能做到減少建筑物占地空間的技術原則,分為建設施工階段現場布置生產區地和員工生活區,并盡可能根據生產現場施工實際要求采用場地集中建設的設計方式來進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,主要施工生產區和生活區臨時占地均在管理范圍內,不進行額外征地,施工倉庫200m3,同時新建場內施工路1.0km。改造工程主要為渠道清淤開挖及石方襯砌工程,開挖土料部分進行回填利用,余土就近攤鋪在場地周圍,不需要設置黏土料場。

2.2 對內外交通

松花江三水廠升級改造工程所在地哈爾濱市道里區陽明灘大橋一水源附近,對外交通較發達方便,施工建筑材料可經陽明灘大橋或松花江堤防堤頂路運輸至施工使用地點。道路通暢,滿足施工車輛運行要求。改造工程場內臨時交通均采用了公路的運輸出行方式,臨時運輸道路范圍主要包括是與施工單位生產的生活區道路之間、各大施工機械現場之間、各施工現場、及與外界的聯通道路。施工期間,為了方便施工及生活需要,在充分利用現有道路的基礎上新修和維修臨時道路,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是用電相對較集中,施工場地附近少部分網電可供施工使用,因此施工用電采用70%自發電,30%網電。改造工程主要用電為混凝土工程以及生活區的照明用電和其它零星用電。因為改造工程處于松花江附近,可取松花江水作為生產用水,生活用水采用市政管網用水供人飲用。

3 施工導流

3.1 施工導流方式

松花江三水廠升級改造工程是在現有圍堤內進行施工,現狀圍堤高程約120m,根據水文專業資料,松花江流域春汛施工水位為116.88m,秋汛施工期水位為118.81m。現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行施工導流。主體工程完成后,采用加長臂挖掘機將進水口位置圍堤拆除。

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,在含水層形成互補的排泄和補給條件,這是由于根據地質專業資料施工區域地質含水層的滲透性和徑流條件較好。根據地質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,同時考慮施工降排水采用管井井點降水法保證干地施工。現狀池塘水位為115m,設計建基面底高程為113m;U型池現狀水位高程為116m,設計建基面底高程為111m;新建過水方涵底高程為113m,根據降水深度、地層特性,在U型池迎水側修建2502m3水泥攪拌樁,減少滲流量,同時考慮采用管井井點降水法保證干地施工,降水臺時為25000臺時。

4 進度控制

4.1 施工總進度編制依據

松花江三水廠升級改造工程嚴格按照工程設計的工期要求,科學而有序的安排整個項目的施工準備與設備生產、作業組織與驗收程序,認真高效地進行組織與投入生產勞動中的最后生產力,采取項目建設既有上下前后交叉平行連續施工方案又要同時有左右上下左右交叉的連續施工作業技術措施等的一系列先進連續施工技術組織的方法,控制工程各項的施工設備生產與進度,確保工程工期。制定一套科學而切實有效可行且合理高效的礦山緊急施工組織技術方案體系標準和礦井應急作業安全防護工作技術保證等制度措施,定人定崗定職責定獎懲,確保了應急礦井施工任務的總體安全和進度完成和礦山員工人身生命體征安全,嚴格依法落實有效控制著施工企業人員死亡率上升和死重傷率。

制定完善科學有效切實安全可行成本合理低廉的工程建設各項技術施工和管理措施技術方案規章制度安全和質量生產責任制安全與管理三保證的工作措施,定人定崗定職責定獎懲,確保建設各項安全施工和技術的安全生產設施安全和管理員工人身物品的生產安全,嚴格必要的管理控制減少工人死亡率事故發生和人員重傷率。

嚴格堅持按照國際標準ISO9001:2008國際標準質量認證管理新體系要求的技術要求精心組織各項施工,強化項目施工現場管理,建立與健全工程項目質量信譽保證責任體系,強化現場施工過程質量誠信保證責任措施,使工程各項監督管理工作全部落到工地實處,確保各項工程質量目標管理的要求順利實現。針對當前該類型工程普遍的機械化施工方式特點,從各地實際生產情況綜合出發,優化機械施工技術隊伍裝備的專業配置,安排一些參加實施過大型類似大型工程機械設備施工,經驗豐富過硬的小型專業化的施工技術人員隊伍,以進一步確保項目工期速度和工期質量。

針對當前該重點工程項目的復雜施工管理特點,從企業實際施工情況要求出發,優化企業施工管理人員隊伍建設的崗位配置,安排一些參加實施過大型類似大型工程復雜施工,經驗豐富過硬的大型專業化的施工人員隊伍,以進一步確保了工期速度和質量。

4.2 施工總工期

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

152021年1～4月為工程準備期,對外交通公路及場內主要交通線路修筑;永久及臨時生活區房建;風、水、電、通訊系統以及施工工廠設施;場地平整等工作。

162021年4月中旬開始進入主體工程施工期,進行土方開挖、回填、石方襯砌等施工,同時進行頂管工程施工,盡量在2021年6月中旬春汛期間完成開挖襯砌及管道鋪設工程,7～8月進入大汛,大汛結束后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,開挖料部分進行回填利用,余土就近攤鋪在場地周圍,不設置土料場及棄渣場。土方平衡詳見表2。

表2 土方平衡表 m3

5.2 混凝土工程

混凝土結構工程模板是一種指的按土木工程設計所要求,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制模板進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件模板或混凝土結構。

混凝土采用外購商品混凝土,施工區內采用機動翻斗車進行水平運輸,下部混凝土采用溜槽入倉進行垂直運輸,上部混凝土垂直運輸采用覆帶機調運入倉,插入式震搗器震搗。混凝土的澆筑工程完成合格后就必須需要及時來進行干燥養護,在干燥養護施工過程中我們可以直接采用覆蓋一層塑料布等來進行干燥養護,以此達到保證其濕潤和養護時間。

5.3 水泥攪拌樁防滲墻

水泥土混凝土復合攪拌池基樁防滲墻系統具有處理防滲技術,具有造價要求比較低、施工和設備工藝要求簡單、施工和技術工效利用率高、成膜墻效果好的特點,已經成功且廣泛的被成功應用于當今國內外建筑行業各大技術領域中的建筑防滲和加固基礎工程的設計工作。其主要的作業和工序主要為有平整、清理地面施工單元場地、現場開挖導漿槽、打樁機、其它相關及附屬工程作業設備系統的配置安裝及調試、現場施工測量和放樣、噴漿液的配制、現場攪拌使噴漿提升下沉至現場地面設計的施工單元、噴漿提升再沉至設計施工的地面、現場施工單元場地的平整成墻、移位等。

5.4 施工材料設備及人力供應

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。

改造工程設置獨立的生產生活區,承擔工程生產建設需要及生活需求。生產生活區內設置施工加工系統、機械修配系統、生活福利設施等。

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

6 結 論

在施工前應對施工區域的水文氣象條件及地質條件提前調研,本水廠距河流較近施工區域地質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,同時考慮施工降排水采用管井井點降水法保證干地施工。施工總布置遵循根據地點環境來進行施工,布置方便工人生活和進行生產活動,并且有利于進行管理,布置要求安全環保,經濟節約的原則。