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为全面提高上海城市环境质量,上海市政府制定了相应的环保行动计划,要求以完善环境质量为目标,实现人力、物力、财力、政策的高度聚焦,在重点领域、重点项目、重点地区实现突破,从而带动整个计划的实施,力争通过三年时间的努力,使上海的环境质量向前迈出一大步。三年行动计划中水环境整治的重点是加快污水处理厂和管网建设,以及全市中小河道整治的步伐,加大截污治污力度。
作者所承担的上海市某污水厂改造工程位于上海市中心城区的西部,服务于苏州河市区段上游地区,上世纪80年代建成投产。随着环境法规的日益健全和完善,该厂的处理能力(主要是磷氮)已无法达到新的国家标准,即2003年7月1日起实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918-2002),污泥处理的现状也难以为继。
2、项目范围和工程内容
在全市加速推进环境建设的大背景下,经有关部门批准,实施该污水厂深度处理改造工程。即将污水厂原采用的常规或活性污泥法处理工艺(处理规模为7.5万m3/d),改为改良型两段法污水处理工艺,处理规模不变。
改造内容包括污水的脱氮除磷深度处理、新增尾水消毒工艺、增加污泥脱水减量化处理设施,以及对污水、污泥处理过程中产生的臭气进行收集和脱臭处理。土建工程主要分为三种:一是原有构筑物拆除;二是新建部分构筑物;三是老构筑物改造。
3、影响质量的几个问题及控制措施
从改造工艺的内容上我们可以看出,既有原构筑物的改造、拆除,又有构筑物的新建。其内容非常复杂,施工难点重点较多。优良的工程质量不仅要有优良的材料和设备,还要有优良的施工质量,而施工质量是在施工过程中产生的,不是靠事后检验出来的。因此,必须对施工过程要有严格的控制方法和手段。施工单位的施工组织设计和监理单位的监理规划,对工程质量从方法和制度上起到了指导和保证作用。但是,由于该工程难点多,难度大,一个施工组织设计和一个监理规划很难将整个工程的过程和要素包含在内。为保证工程质量和进度,监理单位要求施工单位对地基处理、管道工程、主体结构等编制专项施工方案,监理单位也针对每个重点难点相应编制了管道工程、地基处理、主体结构、测量等多个监理实施细则。
每个专业质量监理细则都具有较强的针对性,它对施工过程中每一道工序的质量控制方法和检查方法均有详细的叙述;对施工质量的检查不仅有质量指标,还要有检查方法,检查工具,检查频率;还明确对哪些工序进行抽检,哪些工序进行必检。同时明确规定,未经施工单位质检人员检查的工序,监理人员不予检查:上道工序未经检查,禁止进入下道工序;监理人员对未经检查的工序工作不予承认,也不予验收,并且有权制止工程施工。为提高工作效率和施工人员的质量意识,由监理工程师检查的工序,必须由施工单位质量检查员持工序报验单向监理单位申请验收,监理单位在10min内派员检查验收。
影响该工程质量的问题主要有:
(1)地基处理。现场土质情况差异较大,既有老土地基,又有回填土地基,各种建构筑物的地基处理方式随土质情况的不同而各异,既有水泥土搅拌桩复合地基,又有砂垫层换填地基。受现场条件影响,一些新建构筑物坐落在新老地基之上,如曝气沉砂池的基础有1/3坐落在老曝气沉砂池之上(己拆除利用其基础),另有2/3坐落在砂垫层换填地基之一。可见,如地基处理和控制不好,易产生不均匀沉降,影响构筑物的结构安全。
(2)管道工程。根据有关要求,该厂实行不停产改造,改造内容分阶段分组实施,改造完成一组投产一组。在新管道敷设的同时要保护好正在使用的老管道,另外需敷设大量临时管道,而现场场地狭小,地下情况复杂,土质不明。因此管道敷设的难度和影响很大。
(3)结构裂缝控制。该工程多为盛水构筑物,因而对结构的抗渗性要求高。
(4)沉降监测。由于现场施工场地狭小,厂区内建构筑物较多,相距很近;且原有构筑物在长时间运行后一下子放空会有上浮现象产生。因此沉降监测变得尤为重要,且工作量很大。
污水处理构筑物抗渗性的好坏往往影响构筑物的使用功能。据此监理单位将结构的裂缝控制作为监理重点,事前对混凝土搅拌站进行资质审核和现场考察,考察重点是搅拌站的规模、供应能力以及是否做过同类型的工程。同时根据设计对外加剂的要求,选定符合要求的外加剂进行配合比试验,最后确定掺加HEA微膨胀剂,掺加量为10%。在施工过程中对进场混凝土严格执行材料报验制度,质保资料必须与商品混凝土同时到场,并进行坍落度检测,使之控制在规范要求以内,不符合要求的立即退场。在整个浇筑过程中要求施工单位必须保证连续、不间断浇筑,合理安排振捣人员,做到振捣均匀,不漏振。监理实施全过程旁站,并做好旁站记录。浇筑完成后,督促施工单位落实专人做好养护工作。
针对测量工作量大的问题,特别抽派人员成立测量小组,由专业测量工程师负责,每天观测一次,观测结果直接向业主和设计方反映,做到准确及时。
4、影响进度的几个问题及控制措施
该工程作为上海市第二轮环保三年行动计划重点项目之一,明确要求在规定工期内竣工投产,这是市政府向上海人民做出的承诺。因此对进度要求的重要性不言而喻。要确保工期顺利完成,土建工程更要提前,为设备安装和调试留下足够的时间。但改造工程在实施过程中,进度控制存大较大困难,主要原因是:
(1)工程复杂,内容多而细,施工人员数量难以准确控制,难以合理安排工序。
(2)施工条件差,场地狭小,周边构筑物多,施工难度大,很多时间都花费在保护老管线及周边构筑物上。
(3)突况多,处理时间长。如老管道由于年久失修,经常在施工过程中出现爆裂现象,这就要花很多时间来进行处理。
然而,监理单位对进度进行有效控制,是监理合同规定的要求。而做好进度控制的关键在于施工过程的控制。监理部首先按照进度计划安排,安排各专业监理工程师每天对计划完成情况进行验证,每天召开协调会,对完成情况进行汇总,分析原因,及时调整后续计划安排;其次,加强现场的质量监控,注重预控,及早发现问题,及早整改,防止质量事故的发生,避免出现返工,影响工期;再次,发现设计图纸与实际情况不符的,及时与设计联系,以便设计争取时间进行修改。
5、影响投资的几个问题及控制措施
改造工程的投资往往要超概算,其主要原因有二点:
(1)现场情况复杂。初步设计时,对现场情况勘查不足,考虑不充分,在施工过程中对设计图纸不断进行修改,从而使实际工程量与合同工程量不符。如很多管道位置由于老管道的影响需要调整。
(2)不停产施工及边施工边投产,造成大量临排管道需要敷设,增加了工程量。
(3)现场施工条件差,为保护临时管道,加强施工措施,造成费用增加。
以上几种情况监理单位很难做到对投资进行有效控制,但是在过程中监理必须做到如实汇报,公正审核。如现场的实际情况要如实地向项目管理单位和设计单位汇报,现场发生的工程量要公正、科学地进行审核。做到不偏不倚,公正科学。
6、影响工程监理的其他因素
(1)设计工作的及时性。设计图纸必须及时到位。设计单位不但要做到设计图纸的准确及时,而且要做好设计交底,便于各单位提前消化,实施前及早发现问题,便于及时对设计进行调整。在此类改造工程中,要防止出现边设计、边施工的情况,否则对工程的质量、进度、投资等各方面都将造成很大的负面影响。监理单位要根据工程的进度情况及时落实施工单位对设计意图的理解,并据此作出合理的施工方案。
(2)要与运营方加强沟通。运营单位对厂区内的实际情况最为了解,他们也是工程的最终使用者,而且过程中的相关事宜必须要得到运营单位的认可,如遇到突发事件还需要运营单位帮助解决。所以他们在改造过程中的作用举足轻重。监理单位要加强与运营单位的联系沟通,及时了解他们对工程的掌握程度,帮助协调解决他们的需要,邀请其参加工程例会,吸收他们对工程上的合理化建议。如遇突发事件,也要及时向其汇报,以便他们及时做出反应,并争取其帮助解决。
关键词:粘土心墙土石坝;基础处理;防渗墙施工;帷幕灌浆;施工安全
中图分类号:TV641 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)31-0097-04
一、工程概况
深圳市公明供水调蓄工程位于公明光明、石岩三个街道办辖区,主要建设内容包括四部分:公明水库扩建工程,鹅颈水库-公明水库连通工程,公明水库至石岩水库供水工程及雨洪利用-白花引水改造工程。
其中4号坝连接楼村水厂至大马山,坝型为粘土心墙土石坝,坝顶高程63.5m,宽8m,最大坝高54m,坝长1121m,是公明水库6座土坝中最大的坝体,坝基处理采用混凝土防渗墙及帷幕灌浆相结合的处理措施。其中混凝土防渗墙厚度0.6m,最大深度47m,在坝基混凝土防渗墙以外的透水率大于5lu强、弱风化岩层设帷幕灌浆,最大深度50m。防渗墙全长1244.062m,混凝土浇筑23951m3,
地层主要由残坡积粉质粘土、全~微风化基岩构成,松散人工填土和冲洪积粉细砂、淤质粘性土等不良地层局部分布,深度一般小于10m,其中粉细砂为可液化土层,坝基主要以残坡积土和全风化层作持力层,属中等压缩性。
二、工程特点
本工程对大坝基础处理要求较高,基础处理的好坏直接影响到大坝运行期的安全。大坝混凝土防渗墙厚0.6m,最大深度47m,如何加强质量控制是类似工程施工管理的薄弱环节。
大坝基础混凝土防渗墙施工工序繁杂,防渗墙开挖和混凝土浇筑及施工管理是质量和工期的基本保证。防渗墙施工属基础处理工程,隐蔽性较强,必须从施工方法、施工设备和检验方法等不同的方面加强质量控制。防渗墙施工前地下水位如何控制也是本工程的主要环节。
三、施工方案
施工用水从附近的横江水库取水至在左右坝头山顶上设置100m3的高位水池,采用DN80钢管由高位水池接引至工作面附近。在临近施工道路的地方设置一个容积为800m3泥浆系统。
在防渗墙上下游布置井点降水、截水沟、排水沟,保证防渗墙在旱地施工。考虑本工程的地层特点、工期要求和施工条件,采用 “两钻一抓法”的施工方案。即先采用冲击钻机将每个槽段的导孔(主孔)钻至设计深度,再用液压抓斗将两孔间副孔抓走。防渗墙混凝土浇筑采用6m3搅拌罐车运输,导管下料。
四、施工工艺流程及操作要点
大坝基础处理施工流程为:防渗墙施工平台开挖、填筑施工防渗墙施工平台及混凝土导墙施工截水槽底线以下Ⅰ期防渗墙及帷幕灌浆施工拆除平台截水槽开挖基坑降水施工截水槽开挖导向墙及Ⅰ期防渗墙顶部50cm凿除Ⅱ期防渗墙顶部50cm砼浇筑截水槽回填及防渗墙Ⅲ期砼浇筑坝基场地平整碾压。
(一)防渗墙施工平台施工
1.施工平台的开挖采用220HP推土机集料,3m3装载机装30t自卸车出渣,局部采用1m3反铲直接开挖。平台填料采用平台开挖的可用土料分层填筑,安闫讨厚度不超过0.5m,并用14.5t振动碾碾压满足压实度要求。各施工平台均修筑一条宽8m的临时道路,供施工设备安装和运送。
2.混凝土导墙施工。导墙长度比防渗墙轴线两端各长出0.5m。高程高出设计防渗墙顶0.5m。导向墙基础经开挖或填筑合格后及进行导向墙混凝土施工。在导墙混凝土达70%强度后,在导墙两侧用土料回填并碾压密实,防止污水、泥浆从导墙外侧进入导墙底部,影响导墙安全。平台形成后在连续墙导墙上游宽7m范围内用碎石回填50cm,并碾压密实平整,作为铺设轨道和浇筑倒浆平台基础;在导墙下游宽8m范围内浇筑10cm厚的C15砼板。
(二)混凝土防渗墙
本工程坝基混凝土防渗墙采用普通混凝土防渗墙。施工总体方案采用钻抓法进行墙体开挖、膨润土泥浆进行护壁、水下直升导管法浇筑混凝土。混凝土防渗墙墙体设计厚度0.6m,墙体混凝土标号为C20。“两钻一抓法”的施工方案即先采用冲击钻机将每个槽段的导孔(主孔)钻至设计深度,再用液压抓斗将两孔间副孔抓走。槽孔分两期施工,先施工Ⅰ期槽、后施工Ⅱ期槽,Ⅰ、Ⅱ期槽孔长度为8m,分为6个孔,3个主孔,3个副孔。混凝土防渗墙施工工艺流程如下:
1.槽段施工。槽段开挖施工采用“两钻一抓法”,首先在导墙上标定导孔孔位,将钻机在防渗墙轴线位置上对正孔位,进行垂直造孔。单元槽段导孔达到设计深度后,再用抓斗将两孔间土体抓走。基岩部分采用冲击钻机钻至设计深度。无论是抓斗还是冲击钻机,接近基岩深度时,按设计要求采用岩芯取样方法确定岩层岩性,并最终确定单孔终孔深度。造孔中,孔内泥浆面应保持在导墙顶面以下30~50cm,若发现泥浆漏失,应立即堵漏和补浆。槽孔偏斜测量采用重锤法测量孔斜,将冲击钻头下至孔底,拉紧钢绳,根据相似三角形原理,通过测量钢绳在孔口处偏离槽孔中心的距离来计算孔底的偏距和偏斜率。孔位允许偏差不得大于3cm;孔斜率不得大于0.4%。
2.槽段连接。槽段连接拟采用钻凿套接法,即利用冲击钻机在Ⅰ期槽端孔孔位处重新钻孔,接头孔必须在已浇混凝土终凝后方可开始钻凿。作为Ⅱ期槽端孔,接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差不能大于规定墙厚的1/3,并应采取措施保证设计墙厚。
3.固壁泥浆。固壁泥浆由一个容积为800m3泥浆系统提供,拌制膨润土泥浆采用600L型高速搅拌机。新浆经24h水化溶涨后方能使用;不得向槽段内注入清水,如因故停止时,应经常搅动槽段内的泥浆;被混凝土置换出来的泥浆距混凝土面2m以内的泥浆,因污染较严重,应予以废弃。
4.清孔换浆。槽孔终孔验收合格后进行清孔,清孔采用反循环作业的“泵吸法”,即通过下设潜水排污泵配振动筛清孔,并及时用新鲜泥浆补充,直至满足设计要求。
5.槽孔混凝土浇筑。
(1)制备好的混凝土通过6m3混凝土搅拌车运输到浇筑槽孔。槽孔浇筑采用直升导管法,混凝土浇筑导管内径为φ218mm,导管定期进行密闭承压试验。导管配制前检查单根导管长度及连接质量,单套导管长度必须和下设孔深相适应。
(2)根据槽底形状、预埋件的位置、混凝土扩散半径进行导管的布置及连接,Ⅰ期槽孔内浇筑导管距孔端为1.0~1.5m,Ⅱ期槽孔内的导管距孔端应为1.0m,导管间距不得大于3.5m,导管底部距槽孔底板不得大于25cm,当槽底高差大于25cm时将导管置于控制范围的最低处。
(3)开始浇筑前需进行过球试验,并在导管内注入适量的混凝土砂浆,计算出首批混凝土量,备够足量的混凝土,以便导管口皮球被挤出后,导管底端能埋入混凝土内1.0m。
(4)混凝土必须连续浇筑,槽内混凝土面上升速度不得小于2m/h,各浇筑导管应均匀放料,保证混凝土面均匀上升,其高差不得超过0.5m,当导管内未灌满混凝土时,后续的混凝土应徐徐倾入受料斗中,再慢慢注入管内,应防止入管的混凝土将空气压入导管内。
(6)施工过程中每30min测量一次混凝土面深度,每2h测定一次导管内混凝土面深度,并填绘混凝土浇筑指示图,以便核对浇筑方量,并根据混凝土面上升情况,决定导管的提升速率,导管下部埋入混凝土的深度不得小于1.0m,也不得超过6.0m,在保证埋深的前提下,随着混凝土面的上升,采用吊车或钻机提升导管,并将顶部的部分导管拆除。
(7)槽孔内混凝土面上升至槽口时,采用砂石泵抽除浓浆,并提升导管,减小埋深,增加混凝土的冲击力,直至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5m,即可停止浇筑,拔出导管。
6.防渗墙顶处理。在防渗墙浇筑14天后进行墙顶处理,采用空压机及风镐凿除墙顶浇筑质量差的混凝土直至达到设计标高。
(三)截水槽开挖基坑降水施工
根据大坝开挖图及相应的地质资料,本标截水槽槽底开挖大部分均接近或低于地下水线,在截水槽开挖施工中降水及排水十分重要。
在截水槽开挖前,基坑降、排水采用明沟与井点降水相结合的方法,控制地表水及地下水位线,使工作面保持干燥。
井点排水施工:
在距截水槽开挖边线的上下游侧各3m远处布设降水井,降水井间距为2m,直径0.3m,深为低于截水槽开挖底线3m。
降水井(电渗井)开挖采用套管或高压冲枪成孔,冲孔孔径为300mm,冲孔深度应比滤水管深50cm以上。冲孔完成后,立即下沉井点管,井点管应垂直居中放入孔中,放至规定深度后,进行固定防止沉落,随即用滤料在井点管与孔壁之间均匀灌入,灌入时用竹杆在孔内上下抽动,使滤料均匀下沉,随滤料的填入将管套慢慢拔出,使滤料完全包住滤网过滤管,灌填高度应高出地下静水位。井孔用粘土密
封1m高。
降水井排水由75kW的离心泵将水从井点降水管(φ100镀锌钢管)经过φ100胶皮弯联管抽至集水总管(φ150镀锌钢)中,上游的出水管接入横江水库中,下游出水管接入附近天然排水沟中。
(四)导向墙及Ⅰ期防渗墙顶部50cm凿除
在防渗墙施工结束并检查合格后进行导向墙和墙顶0.5m部分拆除。导向墙拆除时先开挖到导向墙全部出露,并使其与连续墙完全脱离,然后风镐或冲击锤凿成小块,用自卸车运走。对于墙顶0.5m混凝土拆除采用风镐人工凿除。
(五)Ⅱ期防渗墙砼浇筑
测量人员在截水槽底面上先放出Ⅱ期防渗墙轴线、边线及顶面高程,支立模板并在墙轴线上将止水铜片预埋固定好,进行浇筑混凝土施工。砼施工将要封顶时采用3*2cm高密笨板镶钳在轴线两侧的中心位置作为双道健槽,待砼达到一定强度时拆除。混凝土模板支立完毕,用经纬仪校正模板,并在混凝土浇筑过程中,检查有无变形,严防跑模。
(六)截水槽回填及防渗墙Ⅲ期砼浇筑
防渗墙Ⅲ期砼浇筑在截水槽填筑之前进行施工,施工程序为:Ⅱ期防渗墙砼顶面处理―支立模板―砼浇筑―截水槽回填。
Ⅱ期防渗墙砼顶面处理主要为:凿毛、止水板表面清污、健槽清理等工作。
模板支立采用普通钢模板作面板,φ40钢管作为背带的支护形式。混凝土模板支立完毕,用经纬仪校正模板,并在混凝土浇筑过程中,检查有无变形,严防跑模。
砼浇筑先用与砼同标号的砂浆进行铺底,再浇筑砼,使新旧砼面紧密结合。为了不破坏坝底填筑面,混凝土浇筑采用混凝土泵进行施工,振捣采用插入式软轴φ50振捣棒进行施工,每层浇筑厚度不大于0.5m。
在砼强度达到75%以上时,才能进行截水槽的回填施工。
(七)帷幕灌浆
在坝基砼防渗墙帷幕灌浆,采用单排,灌浆孔距2m。这样,大坝基础帷幕灌浆和防渗墙一起构成坝基永久防渗体系。制浆与供浆采用1个集中制浆站,分散灌浆的方式,制浆站设置1台600L高速制浆机,制浆能力可达3000L/h,所制浆液经送浆泵送至施工面上的立式低速搅拌机内,供灌浆所用。
1.墙下帷幕灌浆主要施工程序和方法。
(1)施工程序。灌浆按三个次序施工,先施工一序孔,再施工二序孔,然后施工三序孔。
(2)施工工艺流程。墙下帷幕灌浆防渗工程工序施工工艺流程为:防渗墙内预埋DN110钢管固定钻机第一段钻孔(φ65mm)第一段灌浆下一段钻孔、灌浆终孔灌浆超过设计孔底段1段:一般超过3~5m(先导孔)封孔结束下一孔施工下一个灌浆序施工,直到单元工程3序孔施工结束检查孔施工(该部位帷幕灌浆结束14d后)。
2.帷幕灌浆方法。钻孔采用SGZ-ⅢA型地质钻机造孔,用金刚石或合金钻头进行,孔径为φ65mm。为防止钻孔偏斜而导致影响帷幕和防渗墙搭接的质量,采用防渗墙体内预埋管和钻孔的方式。灌浆泵的排浆量(不小于100L/min)和拌和容量做到满足灌浆吸浆量的要求,选用双层立式拌浆桶置安并安设过滤网。在整个灌浆过程中,保证迅速、均匀、连续地搅拌和供应浆液。采用常规帷幕灌浆方法施工,纯水泥浆自上而下分段灌浆工艺。
五、安全施工保证措施
1.认真贯彻执行“安全第一,预防为主”的方针以及国家颁布的有关安全生产的法律、法规和规范。
2.建立健全安全生产管理组织机构,由单项项目经理担任安全生产第一责任人,配备专职安全员,各生产班长为班组安全生产第一责任人,并配备班组兼职安全员,负责开展各项安全生产工作。
3.建立健全安全生产管理体系,坚持整个施工活动的全员、全过程、全方位、全天候的动态管理。由专职安全员制定各项安全生产管理办法,并督促检查执行。
4.制定完善的安全技术保证措施。在各施工部位开工前,仔细分析施工环境及生产过程中各种不安全因素,采取有效的控制方法,并做到措施得力,责任落实,层层交底。
5.对各种特种作业,严格做到持证上岗,挂牌施工。
6.开展经常性的安全检查,做到作业前、作业后均有检查,实行定期检查、动态检查、特殊检查等多种检查形式相结合。
六、施工方法优点
采用“两钻一抓法”和直升导管法有以下优点:
1.施工工艺简单、操作方便、技术成熟,加快了施工进度,缩短了工期。
2.保证开挖和混凝土浇筑施工质量,使施工质量具有可控制质性。
3.施工设备移动灵活,成本较低。
七、结语
实际施工结果检验,使用该法,地下防渗墙连续性较好,墙体厚度均匀,满足墙体设计厚度要求。
墙体经无损检测良好,无断墙、夹泥。