上海金海水厂一期EPC工程设计施工探讨

孙建海

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 项目背景

浦东供水区由浦东新区及闵行区浦江镇组成，总供水面积约672 km2，供水区内除金海水厂以外，目前共有6座大型水厂，分别是：凌桥水厂、陆家嘴水厂、居家桥水厂、杨思水厂、临江水厂、川沙水厂，六家水厂的总供水能力185万m3/d。为了更好地为浦东新区的持续发展提供所必须的供水配套条件，实现上海市和浦东新区供水规划中提出的供水目标，满足城市发展和居民生活对自来水的要求，必须尽快建设金海水厂的一期工程。

2 工程设计及主要生产工艺简介

该工程拟采用的MULTIFLO高速沉淀池+TGV厚床高速粗粒滤池的常规净水工艺型式。

2.1 高速斜管沉淀池

MULTIFLO高速沉淀是将混凝、絮凝和沉淀和浓缩集为一体的紧凑型工艺。该工艺能去除原水中的大部分的悬浮固体颗粒。斜管和搅拌器极大地改善了絮凝和沉淀效果，即使在上升流速较高的情况下，仍能保证出色的出水水质。

该项目计划建设高速斜管沉淀池一座，规模为40万m3/d，采用钢筋混凝土结构。原水经DN2000输水管输送至高速斜管沉淀池的前部原水分配池，经过进水闸门后，分为两路分别进入机械混合池，再进入机械絮凝池反应完成后，进入高速斜管沉淀池。40万m3/d规模系统分为二组独立的生产线。

高速斜管沉淀池一座，分成二组，平面尺寸为79.4 m×71 m，池深约8.8 m，每组规模为20万m3/d。在快速混合前投加95%的碱式氯化铝（5%投加在后混合池中），混合部分的混合接触时间为2 min。单格混合池有效容积为153 m3，有效水深为6.1 m。混合池内设置一套机械混合搅拌器。

每格沉淀池包括絮凝区及斜管沉淀区两部分，在絮凝池投加 高分子助凝剂PAM，有效水深为8.02 m，絮凝时间22.8 min，池内设两套慢速机械搅拌式反应器。

2.2 高速滤池

过滤是水处理过程的重要环节，因为它是悬浮物去除的最终步骤。由于原水浊度一般很低，沉淀后出水浊度一般低于1NTU。这样，TGV快速滤池的工作周期可超过24 h，同时其运行情况也是十分理想的，节约的费用也很可观。快速过滤原理是通过增加滤料厚度和颗粒直径来增加截污能力。所以，悬浮物能穿透的滤料深度较大，实现了滤料层的“整体过滤”， 比普通滤池的“表层过滤”优越。

该工程计划建设高速滤池一座，总规模40万m3/d，采用钢筋混凝土结构，双排布置，每排可独立运行。每排滤池分成5格，单格滤池过滤面积124.48 m2，设计正常滤速14 m/h，一格反冲洗时滤速为15.6 m/h。采用单层石英砂滤料，有效粒径为1.35 mm，不均匀系数小于1.3，砂层厚度为2.0 m，砂上水深1.25 m，过滤周期48 h。

3 工程施工的特点、难点及应对措施

3.1 桩基施工区域工程地质条件复杂

该项目工程地质条件复杂，对结构设计依据—即地质勘探报告数据的完备性和准确性有较高要求，以及对勘察、设计和施工三方的紧密配合要求高。另外，根据该工程对设计流程的需要，对单体的沉降控制值提出了远高于规范要求（200 mm）的设计值（50 mm）。

解决措施：

该项目集成了勘察、设计和施工三方的优势资源组成金海水厂的执行项目部。在项目勘察前项目部就制定了针对该项目施工区域工程地质条件复杂的情况下，确保桩基设计、施工质量，进一步确保构筑物沉降满足设计值要求的勘察、设计、施工方案。另外，项目部会同业主和监理对很多管桩施工单位和管桩供应商进行了详细的考察，最终选择了在管桩领域施工经验丰富、施工能力很强的施工企业作为管桩施工单位。在完成初勘和详勘后，设计先根据勘察报告进行桩基设计，得出桩基的试桩施工图。项目部根据试桩施工图，组织在施工现场实地试桩。针对进入施工现场的每一套管桩，监理均用专业的检测仪器对管桩进行了检测，对有怀疑的管桩还进行了破坏性试验检验，以确保管桩质量。勘察设计人员在现场全程跟踪试桩情况，并根据试桩情况出正式的桩基施工图。

3.2 对混凝土抗渗要求高

该项目主要由水工构筑物组成，水工构筑物对混凝土抗渗要求较高，抗渗指标为P6，尤其是在夏季施工。控制裂缝的产生是该工程的重中之重，即混凝土质量控制的重点是在混凝土强度符合设计要求的前提下，确保混凝土满足抗裂、抗渗的要求。

解决措施：

针对该工程特点和以往工程经验，认为裂缝主要为混凝土收缩裂缝和温度裂缝。控制裂缝的方法主要从混凝土配制和施工工艺方面进行解决。

3.2.1 收缩裂缝产生原因

收缩裂缝又分为收缩沉降裂缝和早期干缩裂缝，以早期干缩裂缝出现较多。该裂缝为断续的垂直裂缝，裂缝中部较宽、两端较窄、呈梭状。裂缝多为表面裂缝。裂缝经常发生在池壁、结构变截面的地方。早期干缩裂缝大多出现在较薄的结构、大风天或夏季炎热施工的底板结构表面。这种裂缝出现较早，一般在混凝土初凝之前就已经开始发生，若不加以处理和养护，局部裂缝将会贯穿整个结构。象这样的裂缝在混凝土还没有达到初凝之前，对其表面用木抹子进行再次拍压抹平，并立即在表面覆盖养护，即可消除该种裂缝的再发生。

3.2.2 温度裂缝产生原因

这种温度裂缝主要出现在大体积混凝土底板和长池壁施工中。这种裂缝表现为内部裂缝和表面裂缝，裂缝出现在混凝土浇筑后的3～5 d，初期出现的裂缝很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至发展达到贯穿的程度，严重时其宽度最大可达1～2 mm。这种裂缝有时在墙体拆模后即可发现。水泥水化的物理化学过程中产生大量的反应热，使混凝土内部温度迅速升高，水泥水化热在1～3 d可放出热量的50%左右。主要解决措施是控制内外温度差。

通过对以上两种裂缝产生的原因的分析，针对该工程水工构筑物对混凝土抗裂、抗渗要求较高的特点，项目部会同业主、监理组织设计和施工技术人员与商品混凝土供应商进行了专项讨论，以便使该项目现浇混凝土在满足强度的前提下如何更好地满足抗裂及抗渗要求。该项目水工构筑物的强度指标为C25，抗渗指标为P6。项目部设计专家根据以往项目经验，一般强度高的混凝土由于其水泥含量相对高，水化热相应也就高，易产生裂缝，因而抗渗能力低，反之亦然。针对混凝土的强度指标和抗渗指标呈反相关变化的这种特点，项目部需要选择一种混凝土配合比，使按该配合比拌制的混凝土既能满足抗渗要求，又能满足强度要求，同时还需满足国家规范要求。

现场集合施工、监理、搅拌站和外加剂厂家共同商讨研究，最终项目部决定采取试配的办法来选择配合比。根据《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）对最少水泥用量为260 kg的规定，考虑到减少水泥用量可减少水化热对混凝土裂缝开展的影响，项目部分别按水泥用量为265 kg、270 kg、280 kg几种情况试配混凝土。（另外，根据以往工程的施工经验的总结，在上述试配混凝土中，还采用添加微膨胀剂来适当控制混凝土的膨胀率，通过各种不同外加剂掺量的配比试验，最终确定了采用10%外加剂掺量的配比方案。） 待上述不同水泥用量的试配混凝土达到龄期后，对其强度和抗渗能力进行检测，发现其强度指标和抗渗指标均能满足要求，水泥用量为265 kg的试配混凝土强度已达C30。项目部通过综合考虑，最终选择了水泥最少用量为265 kg的混凝土配合比，其既满足规范要求，又满足混凝土强度和抗渗指标要求。

3.3 设备对土建尺寸的精度要求高

由于该项目采用高速沉淀、高速过滤工艺，构筑物布置紧凑，设备间距都很小，因此工艺设备对土建尺寸的精度要求很高，也就是说结构施工不仅要满足国家规范标准的要求，更要满足工艺、设备、电气、自控仪表等提出的“设备对土建的要求”，如滤池滤板平整度误差要求在±2 mm以内。

解决措施：

土建设计技术交底时，就已考虑到工艺设备对土建的偏差要求，落实工艺设备对土建偏差要求的量化值指标。土建施工时不但要满足国家规范要求，还要满足该项目制定的工艺设备对土建偏差要求的量化值指标。采用混凝土基础平整度控制技术，保证达到机器运行的高要求。对预埋件和预留洞口采用专门的控制尺寸精度的技术措施执行，保证精度并且结构完好。

4 EPC工程总承包管理模式在金海水厂一期项目中的运用

该工程由上海市政工程设计研究总院与上海市基础工程有限公司组成的联合体以设计、采购、施工EPC总承包模式承建，合同造价约4.4亿元，工程于2008年11月10日开工，于2011年12月1日正式通水。

下面就EPC工程总承包模式在整个金海水厂一期运作情况，谈几点体会：

（1）充分发挥和利用EPC总承包合同的组织优势，更好地协调设计人员和施工管理人员的联系，严格控制设计变更数量，从源头上确保工程的进度控制和质量控制。

EPC工程总承包的基本出发点是借鉴工业生产组织的经验，实现建设生产过程的组织集成化，以克服由于设计与施工的分离致使投资增加，以及克服由于设计和施工的不协调而影响建设进度、质量等弊病。

在工程施工中，建立以设计院主管领导牵头，现场项目经理、设计负责人积极参与的组织体系。出图计划和施工进度计划紧密衔接，使设计与施工两个阶段有机融合，有序搭接。

在设计过程中，探索让现场有着丰富施工经验的项目管理人员参与到施工图纸的审查工作中来，“增加一双眼睛看问题”，减少设计变更。在施工过程中勤记录、严内控，遇到重大设计方案变更及时上报院主管领导，建立“重大设计变更问询制”。

第三，以国内消费市场为基础，奠定自身发展的有力土壤。事实上，现阶段的消费市场已经证明了我国消费能力的水平。下一步要努力在刺激国内消费市场上形成新的突破。具体而言，一方面变更中国制造为中国创造，不断的提升我国产品在国际商品市场上的竞争力，将国内的消费力留在国内；另一方面要根据世界财经形式的变化进行合理且适当的资本的输出，将更多的国家纳入到中国“一体化经济圈”的治理范畴，形成更为稳固的合作态势。

整个金海水厂一期工程，共收到土建设计变更单97份，安装设计变更55份，较同规模类似项目有较大幅度减少，主要是设计过程中的具体数据和参数进一步的细化、完善和补充。

（2）以贯标工作为依托，强化项目质量管理保证体系，促进质量控制进入良性循环。

金海水厂一期工程，除了继承了传统市政项目桩基作业多，民工安全意识薄弱等特点外，还呈现出以下几个方面的特点：a.“点多、面广、战线长”，从最西边的污泥平衡池到最东边的二级泵房，全程将近440 m，在道路比较顺畅的情况下，车辆行驶需要将近20 min。b.任务急，社会责任大。金海水厂一期工程作为世博会的配套项目，涉及到浦东地区几十万人的吃水问题，是一个实实在在的民生工程。c.施工生产周边环境干扰因素大，现场的施工环境一直处于动态变化中，这就极大地增加了管理工作的难度。项目部必须针对施工现场的一些变化，及时制订有针对性的安全技术措施。

针对上述情况，金海水厂一期工程EPC总承包项目部自组建之日起，依据企业《质量保证手册及程序文件》，挑选技术业务精干的工程技术人员参加该工程的设计施工。同时，强化项目质量管理保证体系，编制了相应的项目质量保证计划，对影响工程质量的诸多相关因素、专题研究重点攻关，使工程施工质量更上一层楼，达到工程优质标准。

（3）从细节着手，做好项目策划工作，建章立制，狠抓落实。

为了保证工程有序推进，项目部根据该工程的实际情况，逐渐建立起以下几项基本制度：

a.每一个子单位工程的专题策划制度，包括专项施工方案和专项安全技术方案的讨论及专家评审工作，使每个子单位工程的施工技术、工艺更成熟、更规范、更安全，工期计划更合理、更科学，力争做到每个项目心中有数。同时项目部每周二召开讨论会，分析施工中的难点，共同商讨对策，有效解决疑难问题。

c.安全文明工地措施到位。加强对分包商的安全监督和管理，确保安全设施和措施经费足额投入。严格执行安全生产费用管理办法，将安全措施费明确列入分包合同中，防止分包商因安全措施投入不到位而造成的安全事故。项目部整洁干净的施工场地、井然有序的施工作业场面、严谨的安全措施，不论何时接受检查，结果都令人满意。

d.严格执行对分包商的资质审核，严禁资质不符合要求的队伍进场，从源头上把握好生产经营活动的合法操作，确保安全工作顺利开展。

（4）认真分析该工程的质量控制的重点、难点，制定有针对性的专项施工方案。

以清水池施工为例。清水池结构尺寸为87m×66 m×6 m，具有大体积混凝土浇筑产生水化热大等特点。经项目部多次组织研讨，将该点混凝土浇筑设置为质量控制点，并设有专人负责质量与管理。

为了防止清水池建成后，基坑内地下水位急剧上升，或外表水大量涌入，使构筑物自重小于浮力，导致构筑物浮起，项目部指定了以下措施： a.选择可靠的降低地下水位的方法，严格进行降水施工，对降水所用机具随时做好保养维护。b.构筑物下及基坑内四周埋设排水盲管和抽水设备，一旦发生基坑内积水随即排除。c、建立防汛组织，强化防汛工作。

5 结语

为了保证水质质量和集中管理，在我国经济较发达的地区推荐使用区域供水系统，即在一个较大的地域范围内统一取用一个水质较好、供水量较充沛的水源，组成一个跨越地域界限、向多个城镇和乡村统一供水的系统，已成为业内一个共识。上海金海水厂项目作为一个远期供水规模为80万m3/d大型水厂，生产工艺上采用法国MULTIFLO高速沉淀池+TGV厚床高速粗粒滤池的常规净水工艺，组织管理上采用EPC工程总承包管理模式，真正体现了“技术先进、管理科学、经济合理”的发展宗旨。

[1]上海市水务规划设计研究院、上海市政工程设计研究总院、上海浦东威立雅自来水有限公司.《浦东区域供水系统规划》[R].上海：2009.

[2]上海市环境科学研究所.《金海水厂二期工程环境影响报告书（送审稿）》[R].上海：2010.

[3]张玉先，张晓健.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]上海市政工程勘测有限公司.《金海水厂地质勘察报告》[R].上海：2008.