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论述污水厂建设中装配式技术的应用与发展

2020-06-02 814 上传者：管理员

摘要：介绍装配式建造技术在污水处理厂建设过程应用的背景及特点，分析装配式建造技术在污水处理厂建造过程中应用需要解决的关键问题，为我国污水处理厂装配式建造技术的发展提供一定的参考。

关键词：
建筑工程
建造技术
污水处理厂
装配式建筑
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我国《“十三五”全国城镇污水处理及再生水利用设施建设规划》提出2020年年底建制镇污水处理率需达到70%，现有建制镇污水处理率离这一目标还有一定的距离，亟需新建大量乡镇级的污水处理厂。目前污水处理厂的建设还是以传统的现浇方式为主，建设周期较长，并且建设过程会对周边环境造成一定程度的污染。装配式建筑模块化、工厂化、标准化的建造方式，能提高建造效率，缩短建造工期，节约资源能源。在我国，已有将装配式建造技术应用到污水处理厂建设过程中的报道[1,2,3]。

本文通过阐述装配式技术提出的背景及国内外发展状况、装配式技术优势、装配式污水处理厂构件形式，分析装配式技术需要解决的关键问题，为我国处理厂污水装配式技术的发展提供一定的参考。

1、装配式污水处理厂建造技术的发展历程

装配式建筑起源于19世纪的欧洲，由于具有建设速度快、质量可靠的特点，成为许多西方国家解决二战后居住短缺问题的最佳选择。20世纪50年代，国内学者提出装配式建筑的问题。20世纪70年代，国内开始出现将装配式建筑技术应用于贮水池的建设过程的报道[4]。

近年来，国家大力响应生态文明建设，提倡节能环保、经济高效、可持续生命周期的发展模式，装配式技术在污水处理环保领域的应用成为了行业逐步兴起的热点[3,5]。预制装配式技术在水池中的应用，是通过优化设计，将预制装配式构件与现浇基础相结合而成的预制水池，并广泛应用于各种类型的池体中[6,7,9]。目前市面上已有的不同材料的装配式水池方案分别为:装配式钢筋混凝土水池[8]、装配式钢结构水池[9]和装配式玻璃钢水池[7]。宋泓锐[10]用层次分析法对比了条石、砌块、钢筋混凝土玻璃钢和钢材作为装配式水池材料的造价、性能和技术，发现采用钢筋混凝土作为装配式废水池的材料最为合理。

2、装配式建筑技术的优势

2.1 缩短工期，节约成本

现浇工艺在现场施工，需要大量的劳动力，且施工过程中易受到天气条件的影响。而装配式建筑的预制构件均在厂内完成，在整个预制安装过程中，机械化程度高，能节约劳动力，操作人员劳动强度得到有效缓解，工业化效率高，因此其施工周期可大大缩短，从而节约时间成本及劳动力成本。

2.2 节约资源

装配式建筑中预制构件在工厂内批量生产，可大量减少模板、钢管及脚手架等材料的使用，使得原材料成本大大减少。同时预制构件的生产设备、模具还能重复使用，能够减少耗材，节约资源。

2.3 提升建造的质量

现浇钢筋混凝土容易受到天气、温度等外界因素的影响，而装配式建筑的预制构件是在工厂内按施工设计图纸，采用标准化的生产方式进行预制而成，其在温度、湿度等因素方面的控制较为精准，并采用标准养护条件，使得在工厂预制的构件质量能够得到保证[11]。

2.4 对现场环境影响小

装配式建筑所有预制构件均在工厂内完成，可有效降低建造过程中由扬尘引起的大气污染、建筑垃圾引起的水污染与噪声污染等，减少对周边环境的干扰，有利于改善生态环境;此外，采用装配式施工设施能节省大量建造空间，从而减少因搬迁等因素造成对人文环境的影响。

3、装配式水池的构件形式

在污水处理单元中，常见的有矩形池及圆形池，圆形水池通常由圆柱壳、圆锥壳、环梁、圆板以及多支柱支撑的圆形无梁楼盖等单元构件所组成[11]。壳体大部分以轴向受力为主，能够发挥全部材料的效能，受力性能好，刚度大，材料省，对于大容量的水池，在节约建筑材料和加快施工进度的基础上，能够提高水池的抗裂抗渗性能以及保证使用效果等优势[12]。矩形水池多为弹性薄板组成的空间结构，具有占地面积少，便于水池设备的工艺布置和操作，可灵活划分区间，设置隔墙和分层分格，构件分类易于模数化，施工技术较为简单等特点。组成装配式水池的构件形式一般有一字型、L型、U型。

3.1 一字型构件

水池中一字型构件常见的形式有如下3种(见图1)，其中图1a)一般独立使用，图1b)，图1c)需与其他类型构件配合使用。

图1 一字型构件示意图

图1a)一般应用在预应力大型圆水池的建设过程中。在现浇底板留有杯槽，施工时使用吊车将预制一字型构件吊入杯槽中，一字型构件之间留一段后浇带，便于后续的防渗处理。水池吊装施工后，在外侧加上预应力钢丝，并喷涂防水砂浆，保证水池的结构稳定和防渗效果。此种方式可减少现场现浇工艺工作量，减少施工周期。

3.2 L型构件

预制构件制成L型构件，施工时靠自身直立，壁板底座伸出钢筋焊接在一起，再在接缝处浇混凝土。L型构件通常与图1b)配合使用，可在高度方向灵活调整。L型壁板装配水池实质上是将以往现浇水池在池壁底部的施工缝移到地板边缘处。这种结构形式，施工简单，整配化程度高，整体性好，便于推广[13,15]。但是这种形式的水池，构件拼缝过多，后期防渗处理施工难度较大，若能在构件拼接形式和构件大小上做一定的改进，这种预制L型构件和一字型构件的组合水池将有广阔的应用前景(见图2)。

图2 L型构件示意图

3.3 U型构件

预制构件为U型板块，由两侧壁板和底板组成，在工厂整体现浇完成，U型构件依靠壁板外侧的对拉螺杆连接在一起，在构件连接处做防水处理。U型构件具有占地小、受力条件好、抗冻胀性能好的特点[16]。可与图1c)配套使用，满足矩形水池不同功能需求(见图3)。

图3 U型构件示意图

这种类型的装配式水池，对于现浇基础制作水平、模具质量均有较高的要求，且受限于运输条件，此种水池的高度一般不超过3 m。

4、需要解决的关键问题

4.1 装配式结构拼缝处的防水处理

采用预制装配式结构，在构件的装配过程中会产生较多拼装接缝，给水池的防水性能造成较大的影响。如果在接缝处理过程中，采用的防渗技术不当，或者施工过程中未能严格按照技术要求进行施工，都极有可能造成水池的渗漏，装配式水池后期渗漏问题的处理难度较现浇水池的大。目前，常用于现浇混凝土施工的防水材料很难满足装配式水池接缝处的防渗处理的要求，构件拼接处结构的改进和新型防水材料的引入是解决装配式水池防水问题的关键。

4.2 装配式污水处理厂建设成本问题

装配式污水处理厂一次投资成本有较大的部分是用于构件模具的制作。装配式水厂构件形式确定以后，其安装形式及排列组合方式受到一定的局限，较难实现特殊形状部位的结构表达，对于结构复杂的水池，需单独制作异形构件的模具。若无大批量的类似结构装配式污水处理厂的建设需求，装配式污水处理厂建设过程中模具摊销的成本将被放大，由此导致装配式污水处理厂一次投资成本远远高出现浇水池。

4.3 相关政策亟待完善

装配式污水处理厂在国内还属于一个新概念，还未出台相关规范、政策。传统设计院及施工单位对装配式污水处理厂这一新理念存在一定的排斥，需要发布相关政策/规范，将装配式污水处理厂建设过程标准化、规范化，从而促进我国污水处理厂绿色建造技术的发展。

5、结论与展望

装配式建筑较传统的现浇混凝土建筑相比，具有缩短施工工期、节约资源、减少环境污染等优势，符合我国绿色可持续的发展要求[17]。但其在推广应用过程中存在构件拼缝多，水池处防渗难度大、投资建设成本高、结构表达不够灵活以及相应政策/规范缺失等问题，限制了装配式建造技术在污水处理厂建设过程中的推广与应用。

在未来装配式污水处理厂的研究中，需着重关注以下几个方面:1)采用标准化设计，制作的构件具有更好的实用性，降低模具的摊销成本;2)引入新型防水材料，改善装配式水池防渗问题;3)改进构件连接形式，利于水池构件拆卸及重复利用，便于污水处理厂后续的搬迁/提标改造。通过以上问题的解决，可将装配式污水处理厂的优势进一步扩大。在国家大力推动装配式建造技术的政策背景下，装配式污水处理厂市场前景广阔。

参考文献：

[1]柏寒阳,张美超,郭秋静,等.预制水池在大体积水池中的应用与研究[J].结构施工,2019,41(1):106-108.

[2]张振义,赵玉华,艾勇,等.大容积装配式预应力钢筋砼清水池施工[J].沈阳建筑工程学院学报,2001,17(1):44-46,49.

[3]马建平.浅谈5 000 t大型预制装配式贮水池的构造与施工[J].山西建筑,1999,25(4):85-86.

[4]第七冶金建设公司.圆柱形装配式预应力钢筋混凝土贮水池施工[J].工业建筑,1966(7):31-37.

[5]北京市第三市政工程公司.水源八厂1 3000 t圆形预应力装配式清水池施工总结[J].市政技术,1980(2):27-43.

[6]工技杰.装配式预应力钢筋混凝土1000吨清水池施工[J].建筑技术通讯(施工技术),1977(3):24-26.

[7]苏有文,杨婷惠,马倩雯,等.全装配式玻璃钢废水池试验研究[J].四川建筑科学研究,2016,42(3):71-74.

[8]张玲,田源,苏有文.装配式钢筋混凝土废水池模块设计[J].山西建筑,2015,41(32):57-58.

[9]陈西南.装配式不锈钢水箱力学响应特性及结构设计[D].杭州:浙江大学,2005.

[10]宋泓锐.装配式废水池材料比选分析[J].中国资源综合利用,2018,36(8):176-178,181.

[11]郝爽.装配式建筑发展瓶颈与对策研究[J].住宅与房地产,2019(6):21.