北湖污水处理厂位于武汉化工区腾飞大道与八吉府路交汇处东侧, 主要服务面积约130.35km², 服务人口约248万人。近期建设规模日处理污水80万m³/d, 远期达150万m³/d, 出水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A标准执行。其中改良A²/O生物反应池, 结构尺寸为179.6m×132.5m×7.8m, 设计采用C30商品混凝土, 抗渗等级S6。由于土建部分施工任务重、工期紧, 为确保按期完工, 如何有效优化施工组织及技术措施, 是迫切需要解决的问题。

改良A²/O反应生物池按伸缩缝划分为18个区, 池壁高7.8m, 如果按照传统施工方法, 池壁单次浇筑高度控制在6m以内, 须一次拆模后才可进行二次池壁模板安装施工, 池壁浇筑次数将增加1倍, 达36次。为此, 通过生物池池壁施工采用一次浇筑完成, 展开理论及实践研究, 总结相关施工经验。

过去的污水处理厂规模较小, 构筑物池壁高度设计在4~6m范围内, 在模板支撑体系和混凝土施工方面, 施工单位经验较为丰富。近些年来, 生活及工业废水量逐年上涨及用地紧张, 新建污水处理厂规模增大, 池体设计高度加大, 施工难度相应增加。因此一次性施工7.8 m高池壁 (池壁厚度0.5~0.7m) , 是污水处理厂施工技术上的突破。

同时, 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 (GB 50204-2015) 及《给水排水构筑物工程施工及验收规范》 (GB 50141-2008) 均未对模板一次性施工高度作出限制性要求, 在保证模板及其支撑系统具有足够的承载能力、刚度和稳定性以及相应的浇筑技术保证下, 超高池壁的施工是能够实现的。

池壁施工质量控制主要从模板支架和混凝土施工方面进行, 并采用BIM技术进行施工前辅助计算及3D交底辅助施工。

通过BIM模型 (见图1) 的碰撞检查、工程量计算、漫游等功能更直观的了解其内部构造、各项技术参数, 为池壁钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑施工提供方案模拟, 对施工人员进行3D交底。

同时完成池壁模板配模工作 (见图2) , 不合适部位可随意调整修改, 使拼缝位置更加合理, 池壁外观效果更加美观。

7.8m高池壁脚手架支撑系统的安全稳定性至关重要, 施工前需要经细致的受力计算, 本工程以2区池壁进行计算, 上部包含走道板及管沟, 根据架体和荷载参数设计如下, 包括板底支撑 (纵向) 钢管验算、横向支撑钢管验算、立杆承重连接计算、立杆的稳定性验算、连墙件验算、立杆支承面承载力验算等。架体和荷载参数见表1。

新浇混凝土对模板的侧压力标准值计算见式 (1) :

式中G_4k———新浇混凝土对模板的侧压力标准值, kN/m²;

Γ_c———混凝土重力密度, kN/m³;

t₀———新浇混凝土初凝时间, h;

β₁———外加剂影响修正系数;

β₂———混凝土坍落度影响修正系数;

V———混凝土浇筑速度, m/h;

H———混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度, m。

承载能力极限状态设计值S_承=0.9max[1.2G_4k+1.4Q_3k, 1.35G_4k+1.4×0.7Q_3k]=0.9max[1.2×29.868+1.4×2, 1.35×29.868+1.4×0.7×2]=0.9max[38.642, 42.282]=0.9×42.282=38.054kN/m²。

正常使用极限状态设计值S_正=G_4k=29.868kN/m²。

根据以上内容进行侧模布置情况如表3侧模面板布置。

经对面板、小梁、主梁、对拉螺栓等部位的验算, 各构件的强度、挠度、支座反力、间距等均能满足设计要求。现场池壁模板支撑情况详见图3。

(1) 本工程使用新型三段式对拉止水螺栓是由防水对拉内撑套管 (内撑中间的防水部分采用遇水膨胀材料锁紧) 、塑料堵头、橡胶止水片、内牙螺帽组成, 外杆为周转丝杆 (见图4) 。对本工程有如下优势: (1) 内撑中间的防水部分采用建筑防水上广泛使用的新型遇水膨胀材料牢牢锁紧, 滴水不漏, 止水效果极佳; (2) 止水螺栓两端外杆可以装卸, 重复使用, 减少了钢材的浪费, 节约资源; (3) 设置遇水膨胀止水圈, 取消了焊接止水片, 免去焊接工序; (4) 拆卸方便, 避免出现切割对拉螺栓长度不足, 修补后出现锈蚀情况。

(2) 池壁吊模处及模板拼缝采用双面胶带, 防止混凝土浇筑时漏浆造成蜂窝麻面, 影响外观质量。

(3) 对拉螺栓孔修补。模板拆除后, 螺栓孔洞使用清水进行冲洗干净, 然后用采用普通硅酸盐水泥:白色硅酸盐水泥:水进行配比 (1.4∶0.6∶1) , 并掺加10%膨胀剂和5%建筑胶, 压实抹平。水泥选用和主体结构同类同标号水泥, 确保色泽一致。

《给水排水构筑物施工及验收规范》 (GB 50141-2008) 规定“浇筑池壁混凝土时, 应分层交圈, 连续浇筑。”根据本工程实际情况和施工措施的保证能力, 拟定池壁混凝土浇筑分层厚度设在1m左右。

浇筑厚度的计算是根据浇筑面积、单位时间浇筑量、温度等计算, 25°以下混凝土初凝时间3h, 以上为2h, 假设是25°以上, 上一层的混凝土必须在下一层混凝土浇筑2h内浇筑, 2区池壁的分层摊铺面积约为52m², 浇筑进度约50m³/h, 可以初步判断分层厚度在50×2/52=1.92 (m) , 也就是厚度不能大于1.92m, 否则就会出现施工缝, 那么根据现场条件和不可见因素, 可以考虑1m左右厚度。每道池壁分7~8次浇筑完成, 有效确保施工质量及施工效率, 降低安全风险。

严把第一道原材料质量关, 到商混站对水泥、砂、石子、外加剂等经常抽检并取样送检, 严控配合比、搅拌和运输时间。抗裂混凝土浇筑质量控制至关重要, 首先减少施工缝的留置, 有利于提高混凝土的抗裂性能, 池壁等关键部位采用高频插入式振捣器振捣, 严格控制振捣点及振捣时间, 以防漏振或过振。加强混凝土早期养护是提高混凝土抗裂性能的关键, 初凝后及时覆盖洒水养护。

(1) 生物池池壁最高达到7.8m, 混凝土浇筑前对施工缝进行认真凿毛、清洗, 并对模板进行湿润, 施工缝处不得积水。

(2) 开始浇筑混凝土时, 先在接茬上铺一层与混凝土配和比相同的水泥砂浆, 其厚度为15~30mm。

(3) 混凝土浇筑应采用串筒、溜槽等工具进行缓冲以防止发生离淅现象。

(4) 池壁浇筑振动棒插入前次浇筑层深度不得大于100mm。振捣分二次进行, 1台振动棒跟随浇筑点移动, 将混凝土摊平, 另一台振动棒相隔6~8m沿浇筑方向做行列式振捣。

(5) 浇筑过程中设专人看护模板, 观察模板及支撑系统的情况, 支柱有否弯曲变形, 观察钢筋、预埋件和预留孔洞有无变形、位移。并及时纠正, 严重时应停止浇筑, 并在已浇筑的混凝土凝结前修整完好。

(6) 泵送混凝土入模用端部软管均匀地移动, 以防混凝土堆积, 增加压送阻力而引起爆管。当浇筑墙板时, 管口应放在墙模板中间, 并采用引浆法浇捣。当混凝土浇到最后阶段时, 对泵车采取“分段停泵”的办法。

目前生物池7.8m高池壁的模板、混凝土浇筑、养护等施工已经一次性完成, 拆模后混凝土外观质量良好, 符合设计及规范验收要求, 节约工期约46d。

通过对北湖污水处理厂生物池超高池壁混凝土施工的优化和经验总结, 有效保证了混凝土外观质量和工期的顺利完成, 值得我们借鉴和推广。