方形辐流式沉淀池锥形池底二次结构施工技术探析

林志钦

(福建六建集团有限公司 福建福州 350014)

0 引言

随着我国经济和综合国力的不断发展，环境保护意识逐渐深入人心。从工业与民用建筑行业上看，污水处理构筑物无论在工业生产水还是居民生活水处理上，都扮演了重要的角色，是一种不可或缺的特种结构设施。沉淀池是一种应用沉淀作用去除水中悬浮物的污水处理构筑物，按水流方向划分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池等，由于其独特的构造，在土建施工上有着一定的技术难度。基于此，本文拟以福建华佳彩高新科技面板建设一期项目7#废水栋项目为例，探讨辐流式沉淀池工作原理及池底二次结构的施工控制要点。

1 辐流式沉淀池原理

辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，通常适用于各大中型污水处理厂，池径可达6 m～60 m，池周水深1.5 m～3 m，由于采用机械排泥方式，池底坡度不宜小于5%。辐流式沉淀池多采用中心进水、周边出水的构造，废水从池中管道流进。为使布水均匀，进水管设穿孔挡板，穿孔率为10%～20%。废水沿半径方向向池周缓缓流动，悬浮物在流动中沉降，缓慢沉淀于锥形池底，同时澄清水从池周溢流出水渠。沉淀池中心安装回转式刮泥机，以1～3r/h的速度将池底沉淀污泥刮至池底中心污泥斗，并通过连接池底中心污泥管的污泥泵吸走排出。为了回转式刮泥机的排泥要求，辐流式沉淀池池底锥面横向的弧度、径向的坡度及平整度必须满足刮泥机叶板回转贴合的要求。

2 项目概况

福建华佳彩高新科技面板建设一期项目，是华映科技集团在福建省莆田市投资的一处大型高科技显示面板生产基地，位于莆田市涵江区涵北路以北，荔涵大道以南。其中C标段施工总承包工程——7#楼是整个项目配套的大型废水处理站，占地面积11 810.25 m2，建筑面积15 475.5 m2，采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，一层及夹层为109个废水处理池及消防水池等，局部二层为废水处理站机房及控制室。

废水处理站共有11个不同功能类型的方形辐流式废水沉淀池，各沉淀池平面尺寸及标高如表1所示。其中半数以上为超过100 m2的大型沉淀池，最大的含氟废水沉淀池面积达225 m2，各沉淀池池底二次结构按相邻顺序逐一进行施工。下面以含氟废水沉淀池(以下简称沉淀池)池底结构为例，探讨方形辐流式沉淀池锥形池底二次结构施工过程中的技术质量控制要点。

表1 各沉淀池平面尺寸及标高 m

3 沉淀池及池底尺寸构造

沉淀池结构尺寸为15 m×15 m×8.8 m(H)，由于池壁高度达8.8 m，考虑水池的防水要求，施工过程应尽可能少留施工缝。因池底锥面三维形状复杂，故采取先行施工废水整体底板及池壁剪力墙结构，池底采用二次施工逐个浇筑的措施。另外，后期水池防腐施工对基层要求较高，池底二次结构混凝土施工必须一次成型，严禁砂浆二次抹面处理。

图1 沉淀池平面图

图2 a-a剖面图

图3 b-b剖面图

沉淀池平面及剖面如图1～图3所示，沉淀池中心锥形底坑(即锥面1)下直径D1=1 m，上直径D2=2.5 m，高H1=1.2 m。底坑外围为内径D2，外径L=15 m的环状锥面2，锥面2内径处高H1=1.2 m，外径处高H2=1.8 m。锥面2与方形池体内切形成四个角坡，切线处慢坡标高为H2，角坡顶标高H3=3.3 m，切线至坡顶之间区域为锥面三角斜坡，即锥面3。锥面1、2、3处的混凝土表面均双向布置φ12@150钢筋。

4 施工工艺流程及操作要点

沉淀池池壁剪力墙采用传统木模与对拉止水螺栓的工艺进行施工，水池底板施工缝应留设在剪力墙身30 cm处，并整圈埋设止水钢板。水池底板及池壁剪力墙等主体结构施工完毕后，方可开始池底二次结构混凝土施工。考虑到池底混凝土在硬化期间将释放大量水化热，可能导致混凝土产生温度裂缝，池底混凝土若一次性浇筑，将因混凝土太深，操作工人站立困难，无法对坡度及弧度进行有效控制。池底混凝土表面φ12钢筋网在浇筑混凝土时架立困难，经设计单位同意，施工方对池底混凝土采取分块、分层浇筑的措施，有效解决了混凝土温度裂缝、面层钢筋布设以及操作人员站立等问题。

具体施工流程如下：施工准备→测量放线→砖胎模砌筑→底层混凝土分块浇筑→钢筋安装→面层混凝土浇筑→角坡钢筋安装→角坡混凝土浇筑→验收。

4.1 施工准备

(1)水池底板及池壁混凝土结构应完成工序验收并符合隐蔽要求。

(2)做好池底二次结构混凝土施工方案的审批，池底砌筑砖模进行分块、分层浇筑的施工措施，应具有设计单位书面同意的意见。

(3)在施工机械方面，因废水栋占地面积大，沉淀池处在其中间位置，第一层混凝土需采用天泵进行浇筑，臂长应能覆盖池体各个位置。第二层混凝土浇筑的坡度较大，采用塔吊吊送浇筑。

(4)池底预留管道应做好保护及封堵措施，避免混凝土及其他杂物堵塞管道。

4.2 测量放线

(1)锥面2与四周池壁的相交线

在池顶(即二层板面)及池底架设2台水准仪，使用钢卷尺从二层结构标高线上将高程引测至池壁，并在4个池壁墙面用墨斗弹出结构两米线。量出两米线的十六等分点，并在各等分点及头尾两端点处弹出两米线的垂线，然后在4个墙面的中心点垂线上找出H2=1.8 m的标高点，标高点位置即为中心点沿垂线向下0.2 m处，并使用油漆标记。根据a-a剖面图，使用反三角函数计算出锥面2的坡度角=arctan{(H2-H1)/[(L-D2)/2]}=arctan(0.6/6.25)=5.48°。

图4 等分点在相交线上对应高程Hn计算示意图

接着在CAD平面图上画出池壁十六等分点与锥面圆心点的连线，并交于D2圆处，测量相交点到等分点的距离，根据此距离与坡度角的正切函数，可计算出其他等分点在相交线上对应点的高程。如图4所示，在CAD上测量出池壁1/4处点与D2圆交点的距离为7135 mm，则相交线上对应点的高程Hn=7135·tan5.48°+H1=1885 mm，同理可计算出其余等分点及两端点在相交线上对应点的高程数值。根据此数值，在池壁两米线等分点的垂线上找出所有相交线对应点，并用油漆标记，最后，将这17个点两两用弧线相连，即得到一条相交抛物线。以此方法，找出其余三面池壁的相交线，并在每个等分对应点上用油漆标记。

(2)锥面圆心点、D1、D2圆圈投影线及H3标高点

根据图纸坐标使用全站仪找出锥面圆心点，在圆心处底板钻孔并架立一根2 m高的φ20钢筋，保证钢筋牢固，用经纬仪反复复核其垂直度。使用鱼线一端套在圆心钢筋底部，一端与红色铅笔相连，做成简易圆规，在底板上分别画出以D1、D2为直径的两个圆圈。

找出H3标高点，根据前述H3标高点即为墙角两米线向上1.3 m处，并用油漆标记。

4.3 砖胎模砌筑

基层处理→放线→拌制砂浆→砌砖胎模→验收

在D2圆向外10 cm处用红色铅笔再做一圆，即为内圈砖模的控制线，同时在水池底板上弹出方形水池对角连线及对边中点连线，从而将水池划分为八块。如图5所示，对角连线及对边中点连线即可作为四周砖模砌筑的控制轴线。内圈砖模高度为1 m，四周砖模低点标高与内圈砖模相同，并向高点斜线过渡，高点即池壁处砖模标高为1.6 m。

图5 池底砖胎模砌筑

砖胎模采用Mu10混凝土空心砌块、M5水泥沙浆进行砌筑，砌块规格390 mm×190 mm×190 mm，墙体厚度t=190 mm，四周砖模中部设置一道尺寸为400 mm×400 mm的墙垛，以保证其整体稳定性。

砖胎模砌筑前，底板表面应清扫干净，洒水湿润。拉线检查水池底板表面标高，平整和垂直符合要求后再挂线砌墙。砖模砌筑时应从最低处往上砌筑并时常拉线检查，以保持砌体通顺、平直。组砌方法应正确，砌体上下应错缝，里外咬槎，灰缝厚度宜为8 mm～12 mm，且应饱满、平直、通顺，竖缝砂浆应填实。

4.4 底层混凝土分块浇筑

砖模砌筑完成24 h后，方可进行底层混凝土浇筑，浇筑前应清理池底建筑垃圾。底层混凝土采用天泵进行浇筑，混凝土强度等级C30，坍落度不宜超过140 mm。为控制混凝土温度裂缝，采用跳仓法先行浇筑不相邻的4块区域，浇筑完毕后48 h再行浇筑其余4块。浇筑单块混凝土时要从低向高浇筑，避免混凝土向低处流动，使混凝土不密实[1]，混凝土没过顶皮砖模时即可停止浇筑。浇筑过程中应采用机械振捣，控制振动棒插入位置，使有效作用半径搭接，防止漏振和死角，保证混凝土的密实度。混凝土浇筑完毕后，应覆盖土工布，在终凝后立即进行浇水养护，养护期间应始终保持土工布湿润状态。

4.5 钢筋安装

底层混凝土浇筑过程中，在内圈砖模附近及四周砖模中段插入若干φ20钢筋，确保钢筋露出长度不超过面层混凝土厚度，待混凝土凝固后，用做面层钢筋网的架立筋。面层钢筋网采用φ12@150钢筋，双向布置。钢筋网绑扎采用顺扣或八字扣，梅花形绑扎方式，同时与架立筋绑扎牢固，并控制好钢筋网标高。每平米钢筋网中纵横向钢筋间距累计偏差应不大于10 mm。浇筑混凝土过程中，安排专职钢筋工值班，发现钢筋位移和变形后及时修复，保证钢筋间距、位置、保护层始终符合设计要求。

4.6 面层混凝土浇筑

浇筑前应首先安装锥面1侧模，模板底圈、外圈投影应与原放样D1、D2位置准确贴合，锥面1侧模采用整体拼合后下放，拼缝的凹凸度不得大于3 mm。安装完毕后使用全站仪对外圈各坐标进行复核，准确无误后进行加固,图6为现场侧模安装。

图6 锥面1侧模安装

因面层混凝土坡度较大，为降低混凝土流动造成弧度及坡度偏差，采用塔吊吊送方式浇筑，混凝土塌落度不大于100 mm，每辆搅拌车运输方量应控制在5 m3内。浇筑时应从高处往低处、四周向中心收拢，使用振动棒反复振捣，保证混凝土的密实度。

当混凝土铺设厚度接近设计标高时，在前述的池壁相交线上相邻两油漆标记处，与圆心组成扇形面，使用长条铝方通分隔，对整个水池共64个扇形面逐一进行人工抹面(图7)，池壁相交线即为高点处混凝土厚度控制线，锥面1侧模外圈边缘线即是低点处厚度控制线。抹面应由高向低、由外向内沿径向进行，同时保证每块扇形的两边比中间略高。抹面过程中，在高低处两控制线之间，使用拉线的方式控制径向坡度及径向平整度，同时远端线头可在相交线上反复移动，以控制横向弧度(图8)。重复以上方法，对64个扇形面全部完成抹面，待混凝土终凝前，使用抹光机进行二次抹面，二次抹面过程也应沿径向进行，并重点处理两两扇形交界部位，确保水池底的横向弧度和局部平整度。终凝后采用双层土工布覆盖湿润养护，图9为锥面施工完成实景。

图7 —扇形面人工抹面 图8 拉鱼线

图9 锥面2施工完成实景

4.7 角坡钢筋安装及混凝土浇筑

利用圆心定位钢筋拉线做简易圆规，在成型的锥面2上画出方形池的内切圆。画线时应确保鱼线始终紧绷，且鱼线两端标高同为H2=1.8 m。四个角坡(即锥面3)混凝土浇筑前，应对基层及池壁进行凿毛。角坡锥面3的径向坡度接近1∶2，依旧采用塔吊吊送方式浇筑，混凝土塌落度不大于80 mm。锥面3上的径向坡度、径向平整度及弧度，采用H3点与内切圆两端拉线方向进行控制，其余工序与锥面2混凝土浇筑时一致。混凝土终凝后立即进行浇水养护，并用土工布湿润覆盖，如图10所示。

图10 池底二次结构施工完成实景

4.8 验收

池底二次结构施工完毕后，应对混凝土表面观感、高程、径向坡度、径向平整度及直径尺寸等进行验收，方可进入下一道工序。

5 技术质量要求

池底各点高程和坡度应符合设计图纸及《给水排水构筑物工程施工及验收规范》[2]要求，高程允许偏差为±5 mm，径向坡度允许偏差为±0.15%，径向平整度允许偏差为5 mm，锥面及底坑直径允许偏差±20 mm。

砖胎模所用混凝土空心砌块及砂浆强度等级必须符合要求。钢筋的规格、尺寸、间距、锚固长度、搭接长度及接头位置等，应符合设计要求和《混凝土结构工程施工质量验收规范》[3]规定。池底二次结构混凝土抗压强度、抗渗性能应符合设计要求。

6 施工安全措施

(1)池底二次结构施工时，应搭设池顶与池底之间的上下通道，并在池顶四周设置临边防护及警示设施，停止二层池边的一切施工作业。

(2)采用天泵及塔吊浇筑混凝土时，司机、指挥人员及作业工人之间应密切配合，避免天泵臂架或塔吊吊桶触碰池壁及排水渠。

(3)作业工人上下水池及斜坡浇筑时，宜穿着防滑胶底材质鞋子以避免失稳滑倒。

(4)夜间施工时现场照明设施亮度应满足条件。

7 结语

该工程的沉淀池二次结构具有相对的独特性，在测量放样及成型控制上具有较大的难度。施工单位通过简单、创新的方法将复杂的三维结构简化，取得了较好的质量效果，一次性通过验收，并得到了业主、设计及分包方的一致好评。该施工方法对其他类似项目施工具有一定的参考价值。