拌合场站雨水收集综合利用系统技术研究

曾云峰 梁 波 卢振有 莫 峰　

拌合场站雨水收集综合利用系统技术研究

曾云峰 梁 波 卢振有 莫 峰

（广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001）

高速公路施工地址一般地处偏远地区，施工前期时常会有供电、用水不足的情况发生。文章依托一在建高速公路工程项目，利用拌合场站料仓汇水面积大和料仓顶与地面高差大等特点布设雨水收集系统，对降雨进行收集后用作砂石分离机、料仓降尘系统及洗车池等设备用水，最后通过合理布设排水系统实现了设备用水的回收再利用。

拌合场站；料仓；雨水收集

引言

水是人类赖以生存发展的基础，但是随着城市化进程的快速发展，越来越多的城市面临优质水源匮乏和水环境日益恶化的情况，这与我国水源分布不均匀、生活和工业用水不合理排放等因素有关[1,2]。为了解决这些问题，近年来，我国许多发达城市已陆续开展了大量的雨水收集并回收利用的模式，主要包括企业模式、园林系统模式和居民小区模式等。将雨水收集处理后，应用于灌溉、非饮用生活用水、补充地下水源等，从一定程度上缓解了城市用水难的现象[1,3]。公路行业关于雨水收集的研究起步较晚，目前依旧鲜有文献记载，但是现有雨水收集研究成果的理论和实践可一定程度上用于指导本行业雨水收集研究的开展。

南宁至湛江高速公路№1标项目经理部五分部拌合站驻地位于钦州市灵山县武利镇，全线长25.26 km。拌合站占地面积为14 825.1 m2，屋面汇水面积多达约6 700 m2，主要负责本标段集料存储和32.7万m3混凝土的生产。由于拌合场站建设初期，生产用水主要依赖当地自来水厂提供，但水厂水泵老化，拌合场站时常发生供水不足甚至缺水现象，严重影响了项目施工进度。为解决这一问题，本项目结合当地雨水充沛、料仓汇水面积大等特点，研发了拌合场站料仓雨水收集综合利用系统，一定程度上缓解了场站的用水紧张，同时为项目降本增效做出了贡献。

1 工作原理

沿相邻料仓拱架拱脚每隔10 m设置竖向10 cm PVC水管，向上连接料仓顶棚预设地漏，向下连接预埋在隔墙基础内的20 cm PVC雨水汇集管。在料仓后面的排水沟设置一条20 cm PVC雨水汇集总管，接雨水汇集管并连接储水箱。水箱设置四个出水口，通过增压泵可将收集的雨水分别泵送至砂石分离机、料仓降尘系统和洗车池等设备作为生产用水。系统管线布设图如图1所示。

1—水箱；2—PVC雨水汇集管；3—料仓隔墙基础；4—PVC水管；5—顶棚地漏；6—料仓隔墙；7—料仓屋面；8—料仓外墙；9—收集雨水。

砂石分离机、降尘系统及洗车池排出污水经预设排水沟（1%纵坡，0.5%横坡）汇入沉淀池内，经初步沉淀后污水流入右侧的搅拌池中，经水泵加压后泵入压滤机内，最后过滤脱水实现废渣和清水分离，废渣集中弃置，清水则通过预设排水管排入清水池内，继续作为砂石分离机、降尘系统和洗车池等设备生产用水。雨水收集综合利用系统场内排水沟布设图如图2所示。

图2 雨水收集综合利用系统场内排水沟布设图

2 施工工艺要点

2.1 工艺流程图

拌合场站雨水收集综合利用系统工艺流程图如图3所示。

图3 拌合场站雨水收集综合利用系统工艺流程图

2.2 施工操作要点

（1）基础开挖、浇筑。水箱尺寸为15 m×10 m×2 m，基础范围为15.5 m×10.5 m×0.5 m。采用挖掘机对基础范围进行开挖，为避免扰动原状土，在距设计标高20 cm时采用人工辅助开挖。水箱基础40 cm埋于地下，采用土模浇筑混凝土；10 cm露出地面，支模浇筑。由于水箱直接放置于基础顶面，且其底板轻薄，为避免地基不均匀沉降导致基础变形或破损，影响水箱整体稳定性，需在基础顶面和底面各布设一层钢筋网，保护层厚度取30 mm。混凝土浇筑和振捣严格按照振捣工艺实施，每次浇筑厚度不超过30 cm，采用插入式振动棒振捣混凝土以“混凝土表面泛出白浆，表面不再下沉，不出现气泡”为宜，振捣点距离不宜超过振动棒长度的1.5倍，待混凝土养护强度达到设计要求，方可继续安装水箱。

（2）水箱主体安装。水箱主体主要由底板（1 m×2 m ×0.002 m）、角钢骨架（0.04 m ×0.04 m ×0.002 m）、侧板（1 m×1 m×0.002 m）及顶板（1 m×1 m×0.002 m）等不锈钢模板组成，各板间均采用全焊连接。侧板安装时，先采用金属夹具将两侧板翼缘夹紧后，点焊固定，最后满焊。焊接要保证焊缝饱满，无焊瘤、漏焊或焊伤金属板。水箱内部角钢骨架纵、横距及步距离均为1 m，临近侧板的水平角钢额外设置斜向加强撑。具体焊接图如图4、图5所示。

图4 水箱侧板焊接

图5 水箱内部角钢骨架焊接

（3）试运行与验收。完成水箱主体安装后，将自来水通过水箱顶部预留孔引入水箱内部，待自来水集满水箱，停止加水。仔细检查水箱箱底和侧板是否出现漏水、变形或失稳等现象。经检查，水箱密封性良好，不存在焊缝漏焊现象，整体稳定性和刚度也满足使用要求。水箱模板各项参数指标应符合技术规范要求，验收标准如表1所示。

表1 水箱验收标准

项次检查项目规定值或允许偏差/mm检查方法和频率 1水箱高度±5钢尺量 2水箱长度±5钢尺量 3水箱宽度±5钢尺量 5水箱顶板和底板对角线差≤3钢尺量 6板面平整度22 m靠尺及塞尺量 7相邻板面高差≤1平尺及塞尺量 8相邻板面拼缝间隙≤1塞尺量 9垂直度5线坠及钢尺量

（4）管线布设。料仓屋面连拱拱脚线上，沿料仓隔墙每隔10 m设置一竖直Φ 100PVC水管，水管进水口设置过滤地漏，对雨水进行初步过滤。水管向上与料仓顶棚地漏连接，向下连接预埋在隔墙基础内的汇水管。由于竖直水管穿过隔墙，因此在浇筑隔墙混凝土前需将其提前预埋。地面标高20 cm以下的隔墙条形基础内部预埋Φ 200PVC汇水管，用于汇集顶棚雨水。并在料仓后排水沟内布设Φ 200PVC雨水汇集总管，最后通过汇集总管将雨水汇入蓄水箱中。料仓顶距地面高达12 m，巨大的势能差可直接将雨水压入水箱内，而无须增添加压设备。

（5）综合循环利用。收集的雨水经过滤沉淀后，通过水箱预设排水孔外接水管可直接泵送至砂石分离机、料仓降尘系统、洗车池等设备作为生产用水。料仓地面设置1%纵坡便于将降尘系统用水疏导至料仓外侧0.5%横坡排水沟内，砂石分离机及洗车池出水口连接1%纵坡排水沟，将设备污水引导至沉淀池内（见图1、图2）。最后经沉淀和压滤机过滤后，实现设备用水的二次回收再利用。

3 施工保障措施

3.1 质量保障措施

3.1.1 材料质量控制

材料品质是保障工程质量的前提，所有材料进出场要严格执行以下制度。

（1）材料采购制度：按招标文件的有关要求，采购前根据材料和物资的质量要求选择供货单位，对供货单位的生产能力和管理水平、产品质量以及价格等情况进行调研，确定合格的供应商，并对供应过程实行动态监控。

（2）材料检验制度：建立材料进场检查验收和取样送检制度。确保所有原材料经试验分析并出具质量鉴定报告才能投入使用，杜绝不合格材料进场。水泥、钢材等主要材料进场必须三证齐全。所有材料使用前必须进行分批量检验，合格后方可使用。

（3）不合格材料拒收和清场制度：材料供应由材料部门和试验部门紧密配合，保证进场材料符合质量要求，杜绝不合格品进入施工现场。设专人收料，不合格的材料拒收；对于经检验不合格，或己变质、被污染的材料必须限时清场。

3.1.2 工程质量检验

专项方案经审核无误后，严格按照审批后的方案组织施工。建立技术交底制度，交底以可视化和书面交底为主，会议形式交底及口头交底为辅。在施工过程中，经常检查施工组织设计及施工方案落实情况，以确保施工质量。质检工程师组织对施工工序及分项工程的质量进行检验，每道工序经检验合格后才能进行下一道工序施工。

3.2 安全保障措施

成立安全生产管理领导小组，对所有参与建设的人员进行安全生产教育培训，开工前实行安全交底制。现场配置一名专职安全员，及时发现问题消除安全隐患。

（1）编制详细的安全应急预案，包括高空坠落、物体打击、触电伤害、机械伤害等事故应急预案，并定期进行应急预案演练。

（2）进入施工现场的所有人员必须佩戴安全帽、身着反光衣，进行高空作业人员必须系安全带。

（3）施工机械设备、车辆等应经常检查、维护和保养。操作人员作业前应对设备的安全性能进行检查，确保设备安全运行；各种机械操作人员和车辆驾驶员必须持证上岗。

（4）施工区域必须正确配置安全防护措施，施工现场警示牌要醒目，沉淀池、搅拌池及清水池的围护要牢固。

（5）水箱安装完成后，应及时设置围挡，并将水箱入口锁死，设置禁止攀爬、箱内水深等安全警示牌。

3.3 环保保障措施

项目部设环境保护负责人，在开工前结合设计文件和工程特点，制定可靠的环保规章制度和环保措施，报监理工程师批准后执行。组织职工学习环保知识，认真贯彻各级政府的有关环境保护和水土保持的方针、政策和法令。

（1）施工过程中应注意周围生态环境保护，不得随意弃置开挖土方、过滤废渣及生活垃圾等。施工营地和施工现场的生活垃圾和建筑垃圾应集中堆放在有防雨棚和地表经过硬化处理的临时垃圾池内，并及时集中清运。

（2）沉淀池内的沉淀物及压滤机的过滤废渣应集中弃置，严禁随意倾倒或者堆放。

（3）对施工和生活中产生的污水和废水经沉淀池后方可排放。在拌合场站出口处设置清洗区，配备高压水枪，设备用水循环流入沉淀池，待沉淀后方可泵入压滤机内进行废渣和清水分离净化。

（4）临时道路等工程在施工前报监理工程师批准，做好环境保护、水土保持工作，竣工后恢复地貌的同时及时清理施工现场，做到工完料净，不给周围环境遗留工程垃圾。

4 效益分析

4.1 经济效益分析

4.1.1 雨水收集系统

项目驻地属亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛。全年降雨多集中在4—9月，期间降水量占全年的80%，降水天数达161天。

（1）拌合站屋面面积为6737 m²，一场中雨降水量取20 mm，收集利用率为80%，可收集雨水量为6737×0.02×80%≈107.80 m³。

自来水成本为3元/m³，故一场中雨可为项目节约成本：107.80×3=323.40元。

（2）根据施工经验，1 m³混凝土需200 kg水。若使用自来水供水，前期接管花费为90 000.00元，每小时可供水15 m³；300 m³水箱集水供应，成本为450元/m³。结合项目实际情况，拌合站平均每月需拌合混凝土约10 000 m³，即须用水2 000 m³。

由表2可知，使用自来水供水一年费用（含管线安装）共162 000.00元，比水箱供水费用增长20%；随着供水时间增长，自来水供水产生的费用呈倍数增长，3年合同期使用自来水供水为水箱供水花费的2.3倍，为306 000.00元，共计可节约用水成本171 000.00元。

表2 不同供水系统用水成本对比

使用时间费用/元 自来水（考虑接管花费）雨水收集 1个月96 000135 000 1年162 000 2年234 000 3年306 000

注：中雨，24小时内降水量为10.0～24.9 mm；大雨，24小时内降水量为25.0～49.9 mm；暴雨，24小时内降水量为50.0～99.9 mm；特大暴雨，24小时内降水量超过250.0 mm。

4.1.2 砂石回收效益分析

本项目混凝土拌合站平均每个月需拌合混凝土约10 000 m³，合同期3年，每立方混凝土含1 t骨料，0.85 t砂；根据工程经验分析，混凝土残留率约为2%，采用砂石分离机对砂、石回收率约为95%[4,5]。因此，可计算合同期内碎石和砂的总回收量（砂的密度为1.650 t/m³，碎石的密度为1.5 t/m³）。

碎石总回收量：10 000×1×0.02×0.95×30=5700 t，即5 700/1.5=3 800 m³。

砂总回收量：10 000×0.85×0.02×0.95×30=4845 t，即4 845/1.65≈2 936.36 m³。

合同期内可节约成本如表3所示。

表3 节约成本表

类型合同单价工程量总价/元 砂97.69元/m³（含运费）2 936.36 m³286853.01 碎石73.13元/m³（含运费）3 800.00 m³277894.00 压滤机160 000.00元1台160 000.00 砂石分离机140 000.00元1台140 000.00 电费5 000.00元/月30个月150 000.00 节约成本564747.01-450 000=114747.01元

由表3可知，扣除压滤机、砂石分离机采购费用、电费等前期支出，利用收集雨水对废弃混凝土回收再利用可为项目节约共114 747.01元。

3年合同期内，雨水收集可节约用水成本为171 000.00元；废弃混凝土回收再利用可节约成本为114 747.01元；故该雨水收集综合利用系统可为项目节约成本共285 747.01元，经济效益十分可观。

4.2 社会效益

本文对一高速公路工程项目中的拌合场站进行降雨收集并资源化，减少了水资源的浪费；同时，通过将拌合站设备污水回收再利用，最大限度地降低了施工对土地资源的污染及建筑材料的浪费，保护了周边的生态环境，实现了“三废”零排放的目标和原料“颗料归仓”，体现了绿色施工的理念，为后续公路行业开展雨水收集相关研究工作提供了参考。

5 结束语

随着国内基础建设的蓬勃发展，建立环境友好型施工环境势在必行。拌合场站雨水收集综合利用系统操作简单、实用性强，可以保证在不影响场站主体功能的情况下完成雨水收集和综合利用，同时该系统配备洗车池、砂石分离机及降尘系统等设备，尽可能减小了大规模施工对周边环境的污染，经济效益显著，为建立经济—环保型的施工工艺开辟了新的途径。

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[4]朱慈勉，李坛. 废弃混凝土掺合型再生混凝土的力学性能[J]. 华南理工大学学报(自然科学版)，2014(2): 50-56.

[5]张永明. 砂石分离机在混凝土回收中的运用分析[J]. 中国建筑金属结构，2020(11): 124-125.

Research on the Technology of Rainwater Collection and Comprehensive Utilization System in Concrete Mixing Station

The construction site of highways is generally located in remote areas, and there may be insufficient power and water supply during the early stages of construction. The article relies on a highway project under construction, and utilizes the characteristics of a large catchment area of the concrete mixing station's silo and a large height difference between the silo top and the ground to install a rainwater collection system. After collecting the rainfall, it is used as water for equipment such as sand and gravel separators, silo dust suppression systems, and car wash basins. Finally, the equipment water is recycled and reused through the reasonable layout of the drainage system.

concrete mixing station; silo; rainwater collection

TU73; U417

A

1008-1151(2023)07-0041-04

2023-03-06

曾云峰（1983－），男，广西上林人，广西路建工程集团有限公司工程师，从事桥梁隧道施工管理工作。