水厂新建项目建筑及结构设计方案

水厂新建项目建筑及结构设计方案第一章项目总体定位与边界条件1.1功能定位本工程为××市第三水厂新建项目，一期规模20万m³/d，远期40万m³/d，以“常规+深度”处理工艺为核心，兼顾臭氧生物活性炭（O₃BAC）应急扩容接口。建筑与结构设计必须满足《生活饮用水卫生标准》（GB57492022）水质目标，同时预留未来原水水质恶化至Ⅳ类时的提标可能。1.2红线与地形红线呈不规则梯形，南北向最大纵坡3.2%，东西向横坡1.8%。场地内存在一条现状DN1800原水管、一条110kV高压走廊及一处清代县保古井。设计须保证原水管正常输水、高压线边导线15m保护距离、古井本体5m隔离带。1.3气象与地质抗震设防烈度7度（0.15g），设计地震分组第二组；基本风压0.45kN/m²，雪压0.30kN/m²；地下水类型为第四系孔隙潜水，稳定水位埋深1.9～2.4m，对混凝土具微腐蚀性（SO₄²⁻450mg/L）。持力层为③2粉质黏土，fak=180kPa，下伏④1中砂层fak=220kPa，可作为桩端持力层。1.4设计使用年限与安全等级主体结构50年，膜车间及臭氧制备间等接触强氧化剂部位30年；建筑安全等级二级，结构重要性系数γ₀=1.0；液氯库、臭氧车间抗震设防类别乙类，其余丙类。第二章总图与交通组织2.1总平面分区自北向南依次布置：厂前区（综合楼、门卫）、预处理区（折板絮凝平流沉淀池）、深度处理区（O₃BAC车间）、清水池及送水泵房、排泥水调节及污泥脱水区、辅助生产区（加氯加药、臭氧制备、变电站）。各区间距≥12m，满足消防车道≥4m×4m要求。2.2竖向设计采用“南高北低”阶梯式布置，厂内绝对标高由北侧城市道路中心线标高（23.85m）向南抬升至25.30m，减少土方外运3.2万m³。雨水经明沟→格栅井→沉淀塘→市政管网，重现期P=3a，径流系数ψ=0.55。2.3交通流线原料运输（活性炭、PAC）设独立物流门，与人流门间距>50m；液氯槽车设置专用回转场，回转半径15m；脱水后泥饼外运通道宽度7m，坡度≤5%，转弯半径12m。第三章建筑单体设计3.1综合楼（建筑面积3890m²，地上4层）3.1.1功能平面一层：营业大厅、水质自助查询、24h自助缴费；二层：生产调度中心（含DLP大屏55m²）、机房；三层：化验中心（ICPMS、LCMS/MS、两虫检测室）；四层：应急指挥及专家会商。3.1.2空间净高与荷载调度中心净高4.5m，活荷载4.0kN/m²；化验室净高3.9m，活荷载3.5kN/m²；楼板采用350mm厚现浇空心楼盖，内置GBF高强薄壁管，自重减轻22%。3.1.3防腐蚀构造臭氧制备间内墙、顶棚采用氟碳涂层铝板，耐臭氧浓度≥200ppm；地面3mm乙烯基酯玻璃钢隔离层+导电铜箔网，表面电阻≤1×10⁶Ω，满足《导（防）静电地面设计规范》（GB505152010）。3.2O₃BAC车间（建筑面积5120m²，单层门式刚架）3.2.1工艺对建筑的要求炭池单格平面尺寸9m×8.1m，共12格，操作阀门井深4.5m，导致基坑挖深6.7m。车间内设置3t防爆电动单梁起重机2台，轨顶标高8.0m。3.2.2通风与防爆换气次数≥12次/h，采用屋顶防爆风机（ExdIIBT4），与臭氧泄漏报警联动；地面设0.5%坡度坡向集液沟，沟内敷设PPH耐臭氧管，集中至应急中和池（Na₂S₂O₃溶液）。3.3清水池（2座，单座有效容积13500m³）3.3.1结构形式半地下式钢筋混凝土，平面尺寸65m×42m，池深5.5m；采用无粘结预应力环向壁板，C40混凝土，抗渗等级P8，预应力钢绞线fptk=1860MPa，张拉控制应力0.75fptk。3.3.2变形缝与止水纵向设两条变形缝，缝内采用350mm宽钢边橡胶止水带+双组分聚硫密封膏；底板与壁板交界处设3mm厚不锈钢U型止水钢板，双面满焊。第四章结构体系与计算4.1地基处理综合楼及臭氧车间采用φ500mm预应力高强混凝土管桩（PHCAB500125），桩长18～22m，单桩竖向承载力特征值Ra=1200kN，以④1中砂为桩端持力层；清水池区域采用φ400mm水泥搅拌桩格栅布置，置换率m=0.22，复合地基承载力fspk=160kPa，减少差异沉降。4.2上部结构选型综合楼为现浇钢筋混凝土框架抗震墙结构，框架抗震等级三级，抗震墙二级；O₃BAC车间为门式刚架，梁柱采用Q355B，檩条Q235B，屋面坡度1/15，设置纵向水平支撑及柱间支撑，柱脚采用外露式刚接。4.3抗震计算（YJK2023版）4.3.1模型参数场地类别Ⅲ类，特征周期Tg=0.55s；多遇地震影响系数αmax=0.08；阻尼比0.05。4.3.2主要指标综合楼：X向最大层间位移角1/1050，Y向1/980；扭转位移比1.25；刚重比EJd/GH²=3.6>2.7，满足整体稳定；框架柱轴压比≤0.75，抗震墙轴压比≤0.50。4.4水池结构计算（MIDASGen2022）4.4.1荷载组合1.2D+1.4L+1.4H（池内满水）+1.4Fwp（池外地下水）1.2D+1.4W+1.4H（半池水）+1.4Fwp4.4.2壁板弯矩最大弯矩出现在底板角隅，Mmax=285kN·m/m，配筋采用HRB400Φ18@100双层双向，裂缝宽度验算ωmax=0.18mm＜0.20mm，满足二类环境要求。4.5抗浮验算清水池空池工况下，抗浮安全系数Kf=1.42>1.05，不满足；采取池顶覆土1.2m+池底抗拔锚杆（φ25HRB400，L=4m，@2m×2m）综合抗浮，Kf提升至1.35，满足规范。第五章耐久性、防腐蚀与材料5.1混凝土耐久性指标|构件部位|水胶比|强度等级|抗渗等级|氯离子扩散系数DRCM(×10⁻¹²m²/s)|碱含量kg/m³|||||||||清水池底板|0.36|C40|P8|≤800|≤2.5||臭氧接触池壁板|0.32|C45|P10|≤700|≤2.0|5.2钢筋与钢材普通钢筋HRB400E，屈强比≤1.25，最大力下总伸长率≥9%；钢材Q355B，厚度≤40mm，碳当量CEV≤0.43%，20℃冲击功≥34J。5.3防腐涂层门式刚架梁柱采用环氧富锌底漆（80μm）+环氧云铁中间漆（120μm）+脂肪族聚氨酯面漆（80μm），总干膜厚度280μm，防腐年限>15a；处于C4腐蚀环境。第六章施工阶段关键技术6.1深基坑（臭氧接触池6.7m）6.1.1围护方案采用φ800mm@1000mm钻孔灌注桩+三道φ609×16钢支撑，支撑水平间距4.5m，竖向间距2.8m；坑外设φ850mm三轴水泥搅拌桩止水帷幕，搭接200mm，水泥掺量22%。6.1.2监测控制顶部位移≤0.3%H且≤30mm；周边地面沉降≤0.2%H且≤20mm；支撑轴力报警值0.8fyd×A。每天6:00、18:00两次人工读数，数据实时上传至“云基坑”平台，超预警值即启动“黄橙红”三级响应：黄色：加密监测至1次/4h，限制坑边荷载；橙色：支撑补施加10%预应力，坑外双液注浆加固；红色：立即回填反压，启动应急抢险队（队伍常驻现场12人）。6.2大体积混凝土（清水池底板厚800mm）6.2.1配合比P·O42.5水泥+Ⅰ级粉煤灰20%+S95矿粉10%，水胶比0.36，砂率38%，高效缓凝减水剂掺量1.2%，初凝时间12h。6.2.2温控措施采用“跳仓法”分4×4=16仓，每仓平面≤20m×20m，间隔7d封闭；埋设φ40mm循环冷却水管，水平间距0.9m，通水流量20L/min，控制温升≤35℃，里表温差≤20℃；保温保湿养护14d，覆盖双层土工布+塑料薄膜，实测最高温度68.5℃，无有害裂缝。6.3预应力壁板张拉6.3.1张拉顺序隔一拉一，对称张拉，0→0.1σcon（量伸长值）→0.75σcon（持荷2min）→锚固；σcon=1395MPa。6.3.2摩擦损失测定埋设3组钢弦式传感器，实测平均摩擦系数μ=0.18，偏差系数κ=0.012，与设计值（μ=0.20，κ=0.015）相比，张拉力富余3.5%，满足要求。第七章给排水、暖通与动力7.1厂区给水自清水池引DN200支管，经紫外消毒后供厂区，水压0.35MPa；设倒流防止器，防止交叉污染。7.2排水系统雨污分流：生产废水（沉淀池排泥水、滤池反冲洗水）经调节池→浓缩池→离心脱水机，滤液SS≤30mg/L后回用；生活污水经化粪池→一体化生化设备（MBR）→回用于绿化，回用率≥90%。7.3暖通臭氧配电间设全年制冷，室内环境温度≤28℃，相对湿度≤60%；采用风冷恒温恒湿空调，制冷量40kW，备用机组N+1；送风管道采用304不锈钢，法兰跨接铜编织线，防止臭氧腐蚀。7.4动力空压机3台（2用1备），排气量6m³/min，压力0.85MPa；压缩空气经冷干机+精密过滤器（0.01μm）后，臭氧发生器入口露点≤40℃。第八章消防与安全生产8.1消防设计8.1.1火灾危险性类别臭氧制备间乙类，液氯库甲类，其余为丙类。8.1.2水量同一时间火灾次数1次，室外消火栓30L/s，室内10L/s，火灾延续时间2h；消防水池300m³，与清水池共用，采取虹吸破坏管保证不被动用。8.1.3特殊灭火液氯库设自动喷淋+碱液喷淋塔（15%NaOH），漏氯报警≥1ppm启动；电控柜采用IG541气体灭火，喷放时间≤60s，浸渍时间10min。8.2安全生产制度8.2.1危险作业许可动火、受限空间、吊装、临时用电四类作业执行“作业票”制度，审批链：作业负责人→安全员→项目副经理→总监理工程师，未经批准严禁作业。8.2.2液氯泄漏应急预案（1）发现者立即佩戴正压式呼吸器，按下库外EStop，停液氯蒸发器；（2）启动碱液喷淋，关闭围堰排水阀，形成液封；（3）疏散半径300m，下风向500m；（4）应急抢修组穿A级防化服堵漏，使用专用氯气捕集器（Ca(ClO)₂反应塔）；（5）监测<1ppm方可解除警戒。第九章绿色建造与BIM应用9.1绿色建造指标建筑垃圾产生量≤350t/万m²，回收率≥55%；施工噪声昼间≤70dB(A)，夜间≤55dB(A)；临时用地绿化率≥20%。9.2BIM实施流程（1）建模深度：LOD400，构件细化至钢筋排布、预埋吊点；（2）碰撞检查：土建工艺暖通三专业综合，共发现碰撞312处，提前解决率98%；（3）4D模拟：关联Project计划，识别关键路径，优化后缩短工期18d；（4）无人机+激光雷达扫描，复核清水池壁板预应力张拉后变形，误差≤3mm。第十章质量验收与移交10.1验收划分单位工程6个，分部工程38个，分项工程216个；检验批按《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB501412022）执行。10.2功能性试验清水池满水试验：分三次注水，每次1/3，水位上升速度≤2m/d，48h后外观无渗漏，蒸发量修正后渗水量q=0.72L/(m²·d)＜2L/(m²·d)，合格；臭氧管道气密性：试验压力0.6MPa，24h压降≤0.02MPa，肥皂水检测无气泡；结构实体检测：回弹取芯法，C40混凝土芯样强度48.6MPa，碳化深度0mm，满足。10.3移交清单（1）竣工图（DWG+PDF）共312份；（2）设备说明书、软件备份（PLC、DCS、臭氧发生器）加密U盘2套；（3）预应力张拉原始记录、传感器数据光盘；（4）质量终身责任信息档案，二维码标识在主要单体入口。第十一章运行维护手册（节选）11.1臭氧车间每季度用臭氧检测仪（BMT964）校核探头，误差>5%即更换；每年对不锈钢管道做涡流探伤，重点检查焊缝热影响区；五年后委托第三方做防腐涂层厚度检测，<200μm需补涂。11.2清水池每三年放空一次，检查壁板裂缝、预应力锚具锈蚀；发现裂缝>0.2mm，采用低压注浆（改性环氧浆液），压力0.2MPa；锚具锈蚀>5%面积，更换夹片并重新张拉至设计值。第十二章经济性与风险分析12.1经济指标建筑及结构部分概算3.86亿元，单位造价1930元/m³·d；其中桩基占14%，土建占46%，预应力及防腐占18%，绿