污水厂地下结构预制装配技术研发与工程应用.docx

污水处理厂地下结构预制装配技术研发与工程应用

工程概况
1.1 工程背景
白龙港污水处理厂是亚洲最大的污水处理厂，也是世界最大的污
水处理厂之一。目前总处理能力280万m³/d，工程服务面积约
995km²，服务范围包括南汇区（现属浦东新区）及部分中心城区，
处理能力占上海市污水处理能力的1/3左右。
本标段西北地块为全流程地下污水处理厂（50万m³/d，一级A），
通过本工程及周边同期在建提标改造标段工程，总体新增120万m³/d生
物处理设施和280m³/d的深度处理设施。

3

1.2 地理位置

位于上海市浦东新区合庆镇内
人民塘路以西，张家浜河长江滩涂以南，白龙港污水处理厂西北地块。
大临
BLG-C3标

4

1.4 建筑概况

p 地下箱体占地面积：70529.18㎡
p 基础埋深：15.5m（箱体上覆土0.5～2.0m）
地下两层（6.9m、5.4m）
箱体

5

1.5 预制装配式施工范围（B0板）

生物反应池区域（A6区）、二
沉池区域（A7区）柱网较规则
，上部箱体层高为5.4m，顶层
板采用预制装配式结构。
顶层为装配式区域 （现浇梁+预制板+整浇层）
域
地下污水处理设施及附属设施平面示意图

6

预制装配式试验区概况
2.1 施工现场平面布置

现场大临
往C2标方向
2号门
B2区 预制装配式
示范区
预制装配式
试验区
往1号门方向

8

2.2 预制装配式试验区概况

预制装配式试验区位于建设场地西北角，采用与建
设工程1：1等比例大小构件设计。
试验区采用2X1跨。长7.4X2=14.8m，宽6m。
结构施工采用现浇柱+预制梁节点+现浇节点间中
段+预制板+整浇层的结构形式。
试验区柱为400X850和400X800（mmXmm），
采用现浇施工，柱顶预留插筋穿过柱梁节点锚固。
主梁为400X1100（mmXmm） 次梁为350X900和350X800（mmXmm）
楼板厚250mm，其中预制板板厚100mm
预制柱梁节点
共计6个
预制主次梁节点
共计7个
预制次梁节点
共计2个
预制板 共计8块
预制装配式试验区平面图 预制装配式试验区剖面图

9

2.3 二维预制节点简介

二维预制节点的预制段长度为该梁段跨距的L/3，两个预制节点间采用现场浇筑施工。
本工程预制节点长度约为1800mm～2400mm，宽度1000mm～1800mm，重量约为1.8t～3.0t。
预制节点预留钢筋接驳器，现浇段钢筋通过预留接驳器与预制节点连接，两侧钢筋在现浇段内以搭接形
式连接。
L1 L1
11
10 12 a 20
D1 40
b
50
30
钢筋由接驳器连接
钢筋绑扎连接
二维预制节点模型
阴影部分即为预制区域

10

2.3 预制装配式试验区施工工序

①现浇柱施工 ②节点下排架搭设 ③预制节点吊装
④节点间现浇段施工 ⑤预制板吊装 ⑥整浇层施工

11

2.5 预制装配式试验区施工记录

①柱顶钢筋定位复核 ②柱梁吊装 ③钢垫块固定标高
④标高确认复核 ⑤其余节点吊装 ⑥柱梁节点座浆封堵

12

2.5 预制装配式试验区施工记录

⑦灌浆孔孔道检查 ⑧灌浆料拌合 ⑨灌浆施工

13

2.6 预制节点间现浇段施工

预制节点间1.5m长梁构件采用工具化模板体系施工。
工具式模板支架体系采用预制节点预埋两个Ø18的孔洞，预制梁节点吊装至指定位置
后，采用孔内穿插Ø16的螺栓，构件上部铺设10厚钢板垫片，螺母固定，下挂16#工字钢
（10mm厚U型钢板包边固定），在梁截面处采用铝膜的面板形式。
工具化模板支架体系示意图 工具化模板实景照片

14

2.7 预制装配式结构实景

试验区实景照

15

5.1 B0层预制板

根据设计图纸，生物反应池区域
（A6区）、二沉池区域（A7区
）顶层板采用预制装配式结构。
板厚250mm：100mm预制板
+150mm整浇层。

B0层（顶层）
100mm预制板

预制板长2400mm～3600mm
宽3200mm～3600mm
桁架筋间距600mm
+150mm整浇层
重量1.9t～2.6t
预制板底钢筋不外伸，采用板底附加钢筋形式

16

5.2 B0层预制板施工方案

本工程B0层预制板支撑于现浇梁侧挑耳上，挑耳下方设置盘扣式模板支架。
预制板利用自身强度搁置在挑耳（150mmX150mm）上，预制板下不再另外搭
设模板支架。

17

5.3 B0层预制板施工记录

预制板吊装采用四点起吊，吊绳与预制板保持45°～60°。
叠合板吊装 梁挑耳清理
座浆层施工 预制板就位

18

6.1 科研攻关

集团集成示范类研究课题
课题名称：超大型地下污水处理厂工业化绿色施工技术研究
∙ 大规模深基坑无内撑支护形式研究
∙ 搅拌预制复合桩设计施工关键技术研究
四大研究主题
∙ 地下污水处理设施预制装配整体式结构设计施工关键技术研究
∙ 地下污水处理设施超长薄壁混凝土浇筑施工技术研究
序号 研究内容 备注
1 坑底裙边加固对基坑变形的影响分析
2 大规模基坑土方开挖方式对坑底土体隆起影响研究
3 搅拌预制复合桩挤土效应研究
4 搅拌预制复合桩施工工法及质量控制研究
5 预制装配整体式结构快速施工工艺研究
6 超长混凝土结构混凝土配合比研究
……

19

6.2 论文类

论文
序号 类型 名称 备注
1 桩基 劲性复合桩施工工艺的应用 已见刊发表
2 桩基 单轴搅拌桩桩架改造工艺设计及施工 已见刊发表
3 科学研究 劲性复合桩对周围环境的影响 已投稿排版中
4 基坑 超大超深无支撑基坑施工技术 已投稿排版中
5 基坑 多种降水方式在超大超深基坑中的应用 已投稿排版中
6 结构 预制装配式结构在地下污水处理厂中的应用 已投稿排版中
7 科学研究 跳仓法施工在地下污水处理厂中的应用 已投稿排版中
8 结构 二维构件预制装配式试验研究 已投稿排版中
9 数字建造 BIM技术在地下污水处理方的应用 已投稿排版中

20

6.3 专利类

专利
序号 类型 名称 备注
1 发明/实用 一种防挤土全长复合搅拌杆 已提交并受理
2 发明/实用 一种用于劲性复合桩上下喷浆工艺 已提交并受理
3 发明/实用 一种用于钻杆垂直度控制自动调垂系统 已提交并受理
4 发明/实用 一种用于超深置桩钻机的桩架系统 已提交并受理
5 外观设计 一种用于搅拌桩可视化高效全自动控制系统 已提交并受理
6 实用 一种装配式二维构件梁柱节点设计方法 已提交并受理
7 发明/实用 一种控制二维构件精度的工具化支架 已提交并受理
8 发明/实用 一种应用于装配式现浇段无支撑工具化模板体系 已提交并受理
9 发明/实用 一种应用于异形混凝土结构钢模板 已提交并受理
10 发明/实用 一种无对拉螺栓对称钢模板体系 已提交并受理
11 实用 一种用于基坑抢险快速应急斜撑施工方法 已提交并受理
12 实用 一种入坑通道设置方法 已提交并受理
13 实用 一种应用于超大超深型基坑强排水方法 已提交并受理
14 实用 一种可移动可伸缩重复利用工具化顶棚 已提交并受理

21

6.4 部分成果展示

发表论文 授权专利
获奖证书 获奖证书

22

推广及应用
7.1 推广

UHPC简介
p超高性能水泥基复合材料（简称UHPC）
p以水泥基材料和RPC高强混凝土制备原理为基础研发而成。 p基本组成成分有：水泥、纤维、硅粉、聚羧酸高效减水剂。
p 超高强度：抗压强度大于150MPa、抗拉强度可超过12MPa，弯曲抗拉强度达到50MPa。
p 超高韧性：极限拉伸变形大于0.2%，类似金属变形性能。
p 超高抗开裂能力：钢筋屈服之前最大裂缝宽度仅为0.02-0.03mm,钢筋抗拉强度设计不受正常
使用极限状态裂缝宽度验算影响。
p 裂缝自愈合：0.1mm左右裂缝7天左右实现裂缝自愈合。
新拌状态 硬化状态 抗拉性能

24

7.1 推广

预制装配式结构体系设计
p本工程提出一种新型预制装配式框架体系的设想。
p该体系亦由预制梁、预制柱和预制楼板组成，但与传统体系不同，新型体系梁柱节点和柱 节点使用基于UHPC材料的后浇节点。
p预制梁和预制柱通过节点拼接成整体框架，具有形式灵活、施工高效、结构可靠的特点。
梁梁节点
柱柱节点

25

7.1 推广

梁梁节点设计
p 梁与十字梁节点钢筋使用搭接连接的方式，连接的搭接长度为10d，浇筑材料使用UHPC，以保证装配
式节点与现浇节点具有相当的抗震能力。
p 预制钢筋混凝土柱在节点区域应预留一定长度的悬臂梁，再与钢筋混凝土预制梁进行现浇UHPC连接。
这样可以使节点在受力破坏时首先在梁端形成塑性铰，符合“强节点、弱构件”的设计思路。
搭接长度为10d
梁梁节点设计

26

7.1 推广

柱柱节点设计
p 框架通过预埋在2层柱子里的10号工字钢支撑在1层柱子上，完成竖直方向的定位；同时靠两侧斜撑杆
件支撑柱体，完成水平方向的定位。
p 通过预埋在预制柱里直径50的灌浆孔进行UHPC的灌浆，形成整体。
搭接长度为10d
柱柱节点设计

27

7.2 方案试验

“构件预制+节点后浇”试件破坏形态
整体破坏形态 边柱柱脚破坏 柱脚翘起
左边柱及梁裂缝 中柱及梁裂缝 右边柱及梁裂缝

28

7.3 应用

金山区枫泾古镇04-05 地块
p 地点：本项目北邻枫沛路，东靠园田路，南邻杨家娄河，西邻陈家湾港。
p 规模：用地面积18852.7 ㎡，总建筑面积55515.77 ㎡；共由12 座建筑单体组成，其中住宅10 座，配
套P 站1 座，配套垃圾房1 座，地下车库1 座（局部地下二层）。
p 预制建筑概况：高层住宅、多层住宅结构形式均采用剪力墙结构。配套公建结构形式采用框架结构。
p 工程造价：98500万元
项目效果图 项目平面布置图

29

7.3 施工实景照

UHPC连接节点
整体照片

30

7.4 经济成本分析

p 就30#楼部分，使用UHPC预制构件安装体系可节约成本约2.52万元。直接成本减少
39%。
p 另外，使用UHPC预制构件安装体系取代传统构件连接方式，不仅节约了用传统钢管
扣件的租赁费，运输费、灌浆套筒材料人工费等，同时也提高了连接质量，降低套筒
连接产生的质量问题，减少不合格产品维修改费用，综合提高工程质量，对生产成本
的节约也有一定的影响。
经济分析 常规做法 UHPC做法 对比分析

排 架 满堂架/46160元

主、次梁底支撑/23080
元

节约50%
柱底节点连接 灌浆套筒/9892元 UHPC连接/9694元 节约2%
梁梁节点连接 钢筋搭接/1250元 UHPC连接/1212元 节约3%
梁柱节点连接 灌浆、搭接/1264元 UHPC连接/1226元 节约3%
人工费 约4600元 约3800元 节约17%
损耗 约800元 约600元 节约25%
修补 约1000元 约200元 节约80%
合计 64966元 39812元 节约39%

31

7.5 展望

l 有望解决装配式施工连接形式复杂，施工困难的难题
l 相应工具化施工设备的研发，将进一步提高施工效率
l 在结构性能得到验证的情况下，可在市场上推广使用

32