裝配式無焊接水箱設計與施工要點研究

鄭仕超

（中國水利水電第十二工程局有限公司， 浙江 杭州 310004）

1 工程概況

隨著人類對健康和自然環(huán)境的重視，水廠和污水處理廠等基礎設施開始大量投入，水箱作為水廠和污水處理廠必不可少的儲水設備，在水廠建設工期和運營過程中有著不可替代的作用[1]。本項目包括三個自來水廠，分別為U 水處理廠（日處理能力1 萬噸）、S 水處理廠（日處理能力0.8 萬噸）及D 水處理廠（日處理能力1.2 萬噸）。三座水廠對地下水及地表水的處理工藝流程相同，每個水廠均有兩座清水箱。

2 施工過程及成果

2.1 水箱的選型

水箱選用國外常見的螺栓連接的圓形搪瓷鋼制水箱，水箱板材錯縫拼接，靠外部螺栓固定，無需內部支撐，儲水量可達到3000m3以上。該裝配式無焊接水箱的施工采用螺栓連接和密封膠相結合，使池體可快速安裝完成，無需使用頂升裝置或起重機，節(jié)約成本和時間。

2.2 水箱施工

2.2.1 無焊接水箱地基處理及混凝土基礎設計

（1）地基處理。根據(jù)項目選用水箱的結構類型、荷載大小及使用要求，結合各廠區(qū)的地形地貌、土層結構、土質條件、地下水特征、周圍環(huán)境和相鄰建筑物等因素選定地基處理方案[2]。

U 廠區(qū)水箱地基處理：U 廠區(qū)地質條件較好，地基承載力滿足持力要求，在原狀土基礎上開挖至設計標高以下450～500mm 的深度，采用白砂回填至設計標高并夯實；

D 及S 廠區(qū)水箱地基處理：D 及S 廠區(qū)地質條件較差，不能滿足設計承載力的要求，因此對水箱地基進行加固處理，結合當?shù)貙嶋H情況及本工程特點，考慮選用木樁錘擊擠密法。選用的木樁材質均為綠心木，長度27.4m（90ft），由2 根木樁對接成型。木樁大頭直徑≥400mm，木樁小頭直徑≥250mm（小頭），對接處直徑400mm。單個水箱地基處理所需樁數(shù)為148 根，采用等距行列式布置，內樁頂標高-0.350m，周邊樁頂標高為-0.500m。

打樁施工流程如下：工作面準備→木樁運輸→材料驗收→去木節(jié)、木皮→樁尖制作→標記刻度線→樁頭水平、裝配鋼環(huán)→樁頂15 英尺涂防腐劑處理→樁身檢查→測量放樣→樁機檢查→樁機安裝就位→鉆孔機鉆孔→鉆孔深度檢查→吊樁就位→用錘子打樁同時檢查樁身是否垂直→進行打樁記錄同時檢查垂直度→打樁深度確認→打樁和安裝工作完成→下一打樁單元繼續(xù)施工→成樁后位置校核→切樁→所有樁打樁工作驗收

全部打完木樁后鋸去壓樁損壞的樁頭，并保證樁的頂面全部處于同一水平面上。木樁頂面以下30cm 用白砂換填并夯實、泡水，以提高基底的承載力和穩(wěn)定性，改善結構物基礎的施工條件。木樁處理軟弱地基施工方便，可以避免大量的土方開挖，在圭亞那等木材資源較為豐富的地區(qū)具有節(jié)約投資、經(jīng)濟效益明顯的優(yōu)點。

（2）混凝土基礎施工。三廠區(qū)均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓形基礎。基礎設計分析步驟為：確定計算模型；確定最不利受力狀態(tài)；荷載分布及內力計算；設計結構構件。

計算模型為承受水箱重量的圓形混凝土基礎模型得出：當水箱滿水狀態(tài)時對底板的作用力最大，屬于最不利受力狀態(tài)，因此采用滿水狀態(tài)下的內力進行結構設計。

水箱最下面一層壁板要預埋在混凝土基礎內，使上部水箱結構與基礎形成一個整體，因此連接處的密封性要求較高，應避免基礎與壁板連接處漏水、滲水等。基礎分兩倉澆筑，第一倉外環(huán)圓環(huán)混凝土澆筑約250mm 高，露出預埋件以便安裝需要預埋在底板內水箱最下面一層壁板，待最下一層壁板安裝完畢澆筑第二倉混凝土，完成整個水箱基礎的施工。為了保證基礎的整體性，基礎底板第二倉混凝土澆筑前應對第一倉混凝土表面充分鑿毛并灑水濕潤。

基礎及預埋件施工流程：墊層澆筑→第一倉環(huán)形鋼筋綁扎→預埋件定位安裝→立模→澆筑第一倉環(huán)向混凝土→混凝土養(yǎng)護→底板鋼筋綁扎→立模→預埋件除銹、清理→安裝水箱最下層壁板→上一倉混凝土表面鑿毛并灑水濕潤→澆筑第二倉混凝土→養(yǎng)護。

考慮到水箱整體穩(wěn)定性，要求最下面一層壁板預埋位置距離邊緣混凝土≥305mm。

2.2.2 搪瓷鋼池體安裝

每座水箱由4 層搪瓷鋼壁板用鍍鋅結構螺栓和密封膠連接而成，拱頂由鋁板和鋁構架用鋁鉚釘連接，每個水箱設有進水口、出水口、溢流口和放空口的熱鍍鋅法蘭接口，并配有一座熱鍍鋅直爬梯、2 個人孔門和液位計。

水箱安裝流程：調整板高程檢測與調整→第一層罐體壁板拼裝→高程復測→力矩扳手緊固→第二層罐體安裝→力矩扳手緊固→第三層罐體安裝→力矩扳手緊固→上部罐體拼裝→力矩扳手緊固→屋頂安裝→管口和人孔門的定位、開孔及連接→爬梯安裝→滿水試驗。

第一層壁板高度500mm，其中混凝土底板中預埋200mm，地面以上300mm，每塊板的壁厚為5mm，共36 塊；壁板安裝在已預埋在混凝土里面的調整板上，通過弧形角鋼用鍍鋅結構螺栓與調整板連接固定，所有的接縫處均涂密封膠，螺栓用電動力矩扳手進行緊固。

第二、三和四層罐體壁板的高度均為1473mm，壁厚分別為5mm、4.2mm 和4.2mm，每層均由36 塊壁板組成，且在接縫處有環(huán)向加強筋進行加固。每塊板的重量為147kg，用1t 的電動葫蘆固定在移動腳手架上，可以輕松將壁板吊裝至安裝位置。

屋頂骨架采用質量輕、強度高的鋁構架，用鉚釘將構架固定到連接板上，構架安裝完成后再鋪上拱頂板。

3 效果分析

該類裝配式螺栓連接圓水箱相較于國內通用的裝配式水箱（裝配式不銹鋼無焊接水箱、不銹鋼圓水箱）無需內部支撐件，僅靠外部螺栓固定，施工原理簡單、建設周期短；水箱密封性能可靠，6 座水箱的滿水試驗均一次成功；罐體可以根據(jù)需求擴展、重新選址、多次周轉使用，具有長期資產(chǎn)價值；較其他裝配式水箱儲水量更大，一般的裝配式不銹鋼水箱最大容量約為500m3左右，而不銹鋼圓水箱容積更小，一般＜30m3，此類搪瓷鋼裝配式螺栓連接水箱的儲水量高達3000m3以上。該類型水箱同時具備了裝配式水箱施工簡單和圓型水箱受力均勻兩個大優(yōu)良特點。而相對于焊接水箱而言可以大大減小現(xiàn)場工作量，無需大量的焊接和檢測，避免焊接熱處理不均勻導致的變形問題。

該水箱的拼裝采用螺栓連接，使池體可以快速建設完成，無需大量使用腳手架或起重機，只需2 幅移動式腳手架，3 個人的工作小組即可，節(jié)省設備和人員，減少施工中的安全隱患。罐體壁板材質為耐腐蝕的搪瓷鋼，無需內、外表面再次噴涂昂貴的噴砂和噴漆，大大降低水箱的終身維護成本。水箱的建設可根據(jù)需要選擇合適的直徑和高度，靈活性高，適用于中小型水廠的建設，對于國內偏遠地區(qū)及社會居民點比較分散的地方實用性很高。目前國內尚未有此類水箱的應用，對于該類水箱的引進具有現(xiàn)實意義。

4 結束語

該類水箱的建設在中國還沒有類似項目，所以該科研項目的研究具有開創(chuàng)性及先進性，此次參與的研究人員對此類水箱的工藝要求和認識水平有了一定的提高，對于往后的研究和實踐有了一定的基礎，為該類水箱引進國內一些中小型水廠的建設中提供了可能，具有一定的社會效益及經(jīng)濟效益。