装配式无焊接水箱设计与施工要点研究

2020-02-17郑仕超

四川水泥 2020年4期

郑仕超

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江杭州 310004）

1 工程概况

随着人类对健康和自然环境的重视，水厂和污水处理厂等基础设施开始大量投入，水箱作为水厂和污水处理厂必不可少的储水设备，在水厂建设工期和运营过程中有着不可替代的作用[1]。本项目包括三个自来水厂，分别为U 水处理厂（日处理能力1 万吨）、S 水处理厂（日处理能力0.8 万吨）及D 水处理厂（日处理能力1.2 万吨）。三座水厂对地下水及地表水的处理工艺流程相同，每个水厂均有两座清水箱。

2 施工过程及成果

2.1 水箱的选型

水箱选用国外常见的螺栓连接的圆形搪瓷钢制水箱，水箱板材错缝拼接，靠外部螺栓固定，无需内部支撑，储水量可达到3000m3以上。该装配式无焊接水箱的施工采用螺栓连接和密封胶相结合，使池体可快速安装完成，无需使用顶升装置或起重机，节约成本和时间。

2.2 水箱施工

2.2.1 无焊接水箱地基处理及混凝土基础设计

（1）地基处理。根据项目选用水箱的结构类型、荷载大小及使用要求，结合各厂区的地形地貌、土层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素选定地基处理方案[2]。

U 厂区水箱地基处理：U 厂区地质条件较好，地基承载力满足持力要求，在原状土基础上开挖至设计标高以下450～500mm 的深度，采用白砂回填至设计标高并夯实；

D 及S 厂区水箱地基处理：D 及S 厂区地质条件较差，不能满足设计承载力的要求，因此对水箱地基进行加固处理，结合当地实际情况及本工程特点，考虑选用木桩锤击挤密法。选用的木桩材质均为绿心木，长度27.4m（90ft），由2 根木桩对接成型。木桩大头直径≥400mm，木桩小头直径≥250mm（小头），对接处直径400mm。单个水箱地基处理所需桩数为148 根，采用等距行列式布置，内桩顶标高-0.350m，周边桩顶标高为-0.500m。

打桩施工流程如下：工作面准备→木桩运输→材料验收→去木节、木皮→桩尖制作→标记刻度线→桩头水平、装配钢环→桩顶15 英尺涂防腐剂处理→桩身检查→测量放样→桩机检查→桩机安装就位→钻孔机钻孔→钻孔深度检查→吊桩就位→用锤子打桩同时检查桩身是否垂直→进行打桩记录同时检查垂直度→打桩深度确认→打桩和安装工作完成→下一打桩单元继续施工→成桩后位置校核→切桩→所有桩打桩工作验收

全部打完木桩后锯去压桩损坏的桩头，并保证桩的顶面全部处于同一水平面上。木桩顶面以下30cm 用白砂换填并夯实、泡水，以提高基底的承载力和稳定性，改善结构物基础的施工条件。木桩处理软弱地基施工方便，可以避免大量的土方开挖，在圭亚那等木材资源较为丰富的地区具有节约投资、经济效益明显的优点。

（2）混凝土基础施工。三厂区均采用现浇钢筋混凝土圆形基础。基础设计分析步骤为：确定计算模型；确定最不利受力状态；荷载分布及内力计算；设计结构构件。

计算模型为承受水箱重量的圆形混凝土基础模型得出：当水箱满水状态时对底板的作用力最大，属于最不利受力状态，因此采用满水状态下的内力进行结构设计。

水箱最下面一层壁板要预埋在混凝土基础内，使上部水箱结构与基础形成一个整体，因此连接处的密封性要求较高，应避免基础与壁板连接处漏水、渗水等。基础分两仓浇筑，第一仓外环圆环混凝土浇筑约250mm 高，露出预埋件以便安装需要预埋在底板内水箱最下面一层壁板，待最下一层壁板安装完毕浇筑第二仓混凝土，完成整个水箱基础的施工。为了保证基础的整体性，基础底板第二仓混凝土浇筑前应对第一仓混凝土表面充分凿毛并洒水湿润。

基础及预埋件施工流程：垫层浇筑→第一仓环形钢筋绑扎→预埋件定位安装→立模→浇筑第一仓环向混凝土→混凝土养护→底板钢筋绑扎→立模→预埋件除锈、清理→安装水箱最下层壁板→上一仓混凝土表面凿毛并洒水湿润→浇筑第二仓混凝土→养护。

考虑到水箱整体稳定性，要求最下面一层壁板预埋位置距离边缘混凝土≥305mm。

2.2.2 搪瓷钢池体安装

每座水箱由4 层搪瓷钢壁板用镀锌结构螺栓和密封胶连接而成，拱顶由铝板和铝构架用铝铆钉连接，每个水箱设有进水口、出水口、溢流口和放空口的热镀锌法兰接口，并配有一座热镀锌直爬梯、2 个人孔门和液位计。

水箱安装流程：调整板高程检测与调整→第一层罐体壁板拼装→高程复测→力矩扳手紧固→第二层罐体安装→力矩扳手紧固→第三层罐体安装→力矩扳手紧固→上部罐体拼装→力矩扳手紧固→屋顶安装→管口和人孔门的定位、开孔及连接→爬梯安装→满水试验。

第一层壁板高度500mm，其中混凝土底板中预埋200mm，地面以上300mm，每块板的壁厚为5mm，共36 块；壁板安装在已预埋在混凝土里面的调整板上，通过弧形角钢用镀锌结构螺栓与调整板连接固定，所有的接缝处均涂密封胶，螺栓用电动力矩扳手进行紧固。

第二、三和四层罐体壁板的高度均为1473mm，壁厚分别为5mm、4.2mm 和4.2mm，每层均由36 块壁板组成，且在接缝处有环向加强筋进行加固。每块板的重量为147kg，用1t 的电动葫芦固定在移动脚手架上，可以轻松将壁板吊装至安装位置。

屋顶骨架采用质量轻、强度高的铝构架，用铆钉将构架固定到连接板上，构架安装完成后再铺上拱顶板。

3 效果分析

该类装配式螺栓连接圆水箱相较于国内通用的装配式水箱（装配式不锈钢无焊接水箱、不锈钢圆水箱）无需内部支撑件，仅靠外部螺栓固定，施工原理简单、建设周期短；水箱密封性能可靠，6 座水箱的满水试验均一次成功；罐体可以根据需求扩展、重新选址、多次周转使用，具有长期资产价值；较其他装配式水箱储水量更大，一般的装配式不锈钢水箱最大容量约为500m3左右，而不锈钢圆水箱容积更小，一般＜30m3，此类搪瓷钢装配式螺栓连接水箱的储水量高达3000m3以上。该类型水箱同时具备了装配式水箱施工简单和圆型水箱受力均匀两个大优良特点。而相对于焊接水箱而言可以大大减小现场工作量，无需大量的焊接和检测，避免焊接热处理不均匀导致的变形问题。

该水箱的拼装采用螺栓连接，使池体可以快速建设完成，无需大量使用脚手架或起重机，只需2 幅移动式脚手架，3 个人的工作小组即可，节省设备和人员，减少施工中的安全隐患。罐体壁板材质为耐腐蚀的搪瓷钢，无需内、外表面再次喷涂昂贵的喷砂和喷漆，大大降低水箱的终身维护成本。水箱的建设可根据需要选择合适的直径和高度，灵活性高，适用于中小型水厂的建设，对于国内偏远地区及社会居民点比较分散的地方实用性很高。目前国内尚未有此类水箱的应用，对于该类水箱的引进具有现实意义。