第四节 现浇混凝土沼气池施工准备

由于目前的农村户用沼气池一般采用现浇池体施工，应该本章主要介绍现浇池体的施工方法，而预制件池体施工可参考其他的相关标准或书籍。现浇混凝土沼气池施工准备包括规划、选型、选址、定容、放线、挖坑、校正等工序。

一、户用沼气系统规划和选型

1．系统规划

（1）对庭院设施进行合理规划 发展农村庭院沼气，要重视和解决好以沼气池为中心的发酵料液的前、后处理环节。前处理包括厕所、猪舍、沼气池三结合方式北方还包括太阳能猪舍的设计及建造。后处理包括沼气池出料和沼肥的使用。通过对农户庭院设施的优化设计，合理布局，使建池农户拥有清洁的厨房、干净的浴室、卫生的厕所、无蚊蝇的猪圈、高效率的沼气池和排污系统，使庭院干净卫生，优美高雅。

（2）将沼气与主导产业组装配套 要实现庭园生态农业系统内部物质和能量的良性循环，必须通过肥料、饲料和燃料这三个枢纽，因而“三料”的转化途径是整个生态系统功能的关键环节。沼气发酵系统正好是实现“三料”转化的最佳途径，在生态农业中起着回收农业废弃物能量和物质的特殊作用。通过规划和建设，将变废为宝的沼气池，变成连接农、林、牧、副、渔各业的纽带，使粮田、林果山、禽畜圈、水产池连成一片，实现无污染、无废料、“能量流、物质流、经济流”良性循环的生态农业体系。

（3）采用高效沼气发酵装置 适宜于农户应用的沼气池为《常用标准汇编》（二）（GB/T4750-2002）中的池型（图1-10-16-26或附A-1, D-1）等池型。其中，曲流布料型沼气池和D-1型等池型克服了静态发酵沼气池所产生的料液“短路”、不能保留高浓度活性微生物、新鲜原料和菌种不能充分接触、池内沉渣和结壳大量积累，造成池容产气率低，原料利用率低，出料困难等缺点，实现了自动循环、自动搅拌、自动破壳、自动增温、微生物成膜、消短除盲和两步发酵等动态发酵状态，产气量高，管理轻便，在发展农村庭园沼气时，应优先引进和采用。

2．池型选择

（1）与工艺配套选型 庭园沼气池的选型与工艺选型密不可分。发酵工艺与池型往往是同时考虑、配套应用。池型的设计必须满足工艺的要求，以发酵工艺参数为依据。如因特殊原因，选定了池型，选用的发酵工艺也必须与池型相适应。

（2）根据用户情况选型 ①普通用户。普通用户建池一般为解决生活用能、积肥和综合利用，原料大部分为人畜粪便和秸秆。这种情况下，选用“三结合”式水压池即可。如原料多，以秸秆为主料发酵，也可选用分离浮罩式池型，配干发酵工艺或选用两步发酵池型，增设产酸池。②养殖专业户。常年养猪户以猪粪为发酵主料，可选用组合式旋流布料自动循环沼气池，结合种植、养殖、加工业，建造厕所、太阳能畜禽舍和地下沼气池组合为一体的三位一体综合设施。养猪不多，还可以选用其他材质的小型高效沼气池。③禽畜养殖场。这种情况下，以粪便为发酵原料，且有充足的料源，可选用高效连续发酵装置。如上流式厌氧污泥床反应器、厌氧过滤反应器等先进发酵装置。

（3）根据地域选型 寒冷地区宜选用地下池，并配套地面保温设施；水位高的地区可选建地上池、半地下池；南方地区气温高，可建地下池、半地下池、地上池等。

（4）据技术水平选型 设计能力强、管理水平高，尽量选建较先进的池型，实行现代化管理。技术力量薄弱，应选用易操作管理的池型。

（5）根据综合因素选型 沼气池选型和工艺选型一样，不但要考虑单一因素，也要考虑多方面因素，要依建池成本、回收期、经济效益和社会效益等，因地制宜、因户制宜决定。遵循选型依据，紧密结合自己的实际情况，如原料的多少、场地的大小、建池目的等来选建符合农户的条件和要求的池型。充分比较各种池型的利弊，远近结合，不要只顾眼前利益，忽视未来的发展。建多大池容，使用何种池型，建在何处都应反复比较，应根据农户的需要和条件，确定池型。在条件允许的情况下，应尽量选择便于进行综合利用的池型。

3．参考模式

在系统规划和选型时，要以沼气为纽带，尽量构建和形成以下典型能源生态模式：

（1）南方“猪—沼—果”能源生态模式 以农户为基本单元，利用房前屋后的山地、水面、庭院等场地，主要建设畜禽舍、沼气池、果园等几部分，同时使沼气池建设与畜禽舍和厕所三结合，形成“养殖—沼气—种植”三位一体庭院经济格局，形成生态良性循环，增加农民收入。

（2）北方“四位一体”模式 在农户庭院内建日光温室，在温室的一端地下建沼气池，沼气池上建猪圈和厕所，温室内种植蔬菜或水果。该模式以太阳能为动力，以沼气为纽带，种植业和养殖业相结合，形成生态良性循环，增加农民收入。

（3）西北“五配套”模式 由沼气池、厕所、太阳能暖圈、水窖、果园灌溉设施等5个部分配套建设而成。沼气池是其核心部分，通过高效沼气池的纽带作用，把农村生产用肥和生活用能有机结合起来，形成以牧促沼，以沼促果，果牧结合的良陛生态循环系统。

4．注意事项

（1）重视和搞好以沼气池为核心的庭院设施系统规划和配套设计。

（2）北方地区发展沼气一定要做好地面设施的保温增温设计和建设。

二、户用沼气池定容和备料

1．确定建池容积

沼气池容积是沼气池设计中的一个重要问题，应根据用户所拥有的发酵原料、所采用的发酵工艺和用气要求等因素确定。小型户用沼气池一般根据用气要求确定建池容积。满足一个农户全家人口生活用能的沼气池池容，可用下列公式计算：

式中：V—沼气池净空总容积（m3）；

V1—发酵间容积（m）3；

V2—贮气间容积（m）3，一般可取V2=0.15V1；

n—气温影响系数，南方取0.8～1.0，中部取1.0～1.2，北方取1.2～1.5；

k—人口影响系数，2～3口之家取1.8～1.4, 4～7口之家取1.4～1.1；

r—每户人口数。

沼气池容积与人口的关系如表2-8所示。

2．准备材料

建一个8m3曲流布料沼气池，用现浇混凝土法建池，实际用料量为：425号普通硅酸盐水泥1000kg左右，中砂1.5m3左右，5～20mm卵石2.2m3左右，直径6mm钢筋5kg左右（表2-9）。如遇到池坑浸水量大或土质松软的地方，建材用量应增加10%～20%。

根据池型结构，确定施工工艺，准备建池所需的材料、模具和工具等。所选用的建池材料质量应符合前面的相关要求。

3．注意事项

（1）修建沼气池的卵石要干净，含泥量不大于2%，不含柴草等有机物和塑料等杂物。

（2）砂子要求质地坚硬、洁净，泥土含量不超过3%，云母允许含量在0.5%以下，不含柴草等有机物和塑料等杂物。

（3）不能用酸性或碱性水拌制混凝土、砂浆以及养护。

（4）混凝土中使用的钢筋应清除油污、铁锈并矫直后使用。

三、户用沼气池定位和放线

1. “三结合”

设计和建设根据农户庭院的方位、走向和布局，确定庭院沼气设施的建造位置。在沼气池与猪圈、厕所“三结合”的前提下，做到住房、猪栏、厕所、沼气池等科学规划，合理布局（图2-13）。先建沼气池，后建猪圈和厕所，使人畜粪便随时流入沼气池，以达到连续进料、冬季保温和美化优化庭院的目的。

2．先确定地面设施方位，再确定沼气池位置

根据庭院沼气系统规划设计图纸，在选定的池坑区域地面上，画出畜禽圈和厕所的位置外框灰线（图2-14）。在畜禽圈外框灰线内，确定沼气池中心位置，画进料口平面、发酵池平面、水压间平面三者的外框灰线。根据南北方的气候特征和生活习惯，北方庭院沼气系统放线时，应将水压间布局在畜禽圈内，将出料管和储肥间布局在畜禽圈外；南方庭院沼气系统放线时，可将水压问、出料管和俐巴间布局在畜禽圈外，但要布局整齐、美观，和农户庭院的方位和走向一致。

3．确定沼气池中心点和标高基准点

在沼气池池坑尺寸线外0.8m左右处钉4根定位木桩，分别钉上钉子以便牵线，两线的交点便是圆筒形沼气池的中心点，该点可以在施工中随时校正池体的圆整性。选1个定位桩为标高基准桩，在其上标定±0.000点，作为校正沼气池各部分垂直高度的基准点。

按照上面说的办法进行定位，这只是解决了平面位置的问题，而在竖向则要进行空间定位，也就是要进行标高测定。房屋标高的测定一般有两种方法：一种是利用周围地段现有的标高来测定房屋的标高；另一种是引进水准基点来测定房屋的标高。这两种方法都是依据新建筑附近的已知标高的建筑或水准基点来测定房屋的标高。如果距离较远，就要周折几次，将标高引至附近后，设置木桩或木尺为标志，并明确标示出新建筑±0.000的标高线，以后抄平时就以此为基准。

4．放线施工

放线施工的目的，归纳起来就是按照施工图纸上的数据，定出房屋浇筑各部位的施工尺寸。从总体上讲，就是定出房屋的位置尺寸，这些尺寸就是平面位置。从局部上讲，就是定出基础、柱子、墙、门窗、屋架等施工尺寸，这些尺寸就是平面位置与竖向标高。在放线施工中，基础放线是关键。基础放线施工有三项工作，即轴线控制、基槽标高测定、把轴线和标高引入基础。

四、户用沼气池土方和基础施工

1．池坑开挖

沼气池池坑开挖时，首先要按设计图纸尺寸（图2-15、表2-10、表2-11）定位放线，放线尺寸为：“池身外包尺寸”+“2倍池身外填土层厚度（或操作现场尺寸）”+“2倍放坡尺寸”。当定位灰线划好后，在灰线外四角离灰线约1m处钉4根定位木桩，作为沼气池施工时的控制桩。在对角木桩之间拉上连线，其交点作为沼气池的中心。关于放坡尺寸，可根据不同土质确定挖方最大坡度：当土层具有天然湿度，构造均匀，水文地质条件良好，在无地下水时，深度在5米以内，不加支撑的基坑，可分别确定边坡坡度（高：宽）为：砂土1∶1；亚砂土1∶0.67；亚黏土1∶0.5；黏土1∶0.33；含砾石或卵石的土1∶0.67；干黄土1∶0.25。在实际应用中，砂质较多的应加大边坡坡度，如遇地下水时，也要求放大坡坡度。当所要求的坡度较大而又限于场地位置时，要注意土方的开挖对邻近房屋基础的影响，必要时应使用临时支撑。因建沼气池时只用内模、外模以待替，所以池坑的下面一米深应尽可能圆，且坡度尽可能小。

基坑开挖过程和敞露期间，应防止塌方，必要时应加以保护。堆土或移动施工机械时，应与挖方边缘保持一定的距离，以保持边坡和直立壁的稳定。当土质良好时，堆土距挖方边缘0.8m以外，高度不超过1.5m。

2．地基加固

在软弱地基土质上建造沼气池，应采取地基加固处理，并在土方工程施工阶段完成。常用的处理方法如下：

（1）用砂垫层和砂石垫层加固 选用质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石或碎石作为垫层材料，在缺少中、粗砂或砾砂的地区，也可采用细砂，但应同时掺入一定数量的卵石、碎石、石碴或煤渣等废料，经试验合格，亦可作为垫层材料；选用的垫层材料中不得含有草根、垃圾等杂质；在铺垫垫层前，应先验坑（包括标高和形状尺寸），将浮土铲除。然后将砂石拌和均匀后，进行铺筑捣实。

（2）用灰土加固 灰土中的土料，应尽量采用池坑中挖出的土，不得采用地表耕植层土，土料应予过筛，其粒径不得大于15mm；熟石灰应过筛，其粒径不得大于5mm，熟石灰中不得夹有未熟化的生石灰块，不得含有过多的水分；灰土比宜用2∶8或3∶7（体积比），灰土质量标准如表2-12所示。灰土的含水量以用手紧握土料能成团，两指轻捏即碎为宜（此时含水量一般为23%～25%），含水过多、过少均难以夯实；灰土应拌和均匀，颜色一致，拌好后要及时铺设夯实；灰土施工应分层进行，如采用人工夯实，每层以虚铺15cm为宜，夯至10cm左右表明夯实。

（3）用灰浆、碎砖三合土加固 三合土所用的碎砖，其粒径为2～6cm，不得夹有杂物，砂泥或砂中不得含有草根等有机杂质。灰浆应在施工时制备，将生石灰临时加水化开，按配合比掺入砂泥，均匀搅和即成；施工时，碎砖和灰浆应先充分拌和均匀，再铺人坑底，铺设厚度20cm左右，夯打至15cm；灰浆碎砖三合土铺设至设计标高后，在最后一遍夯打时，宜浇浓灰浆，待表层灰浆略为晒干后，再铺上薄层砂子或煤屑，进行最后夯实。

3．淤泥土质土方工程

淤泥土质的特点是含水量大而易淤，在挖掘土方时，会有不同程度的回淤，使池坑不易按设计尺寸成形，甚至会由于坑底土掏松或破坏而使沼气池建成后下沉，造成进、出料管与池身联结处发生拉裂事故。如果坑壁侧淤，宜用适当支撑或改用沉井做池身。如坑底升淤，发生回淤量过大时，挖到设计标高后，以大卵石进行地基加固处理。

4．流砂土质土方工程

流砂地区的沼气池土方工程施工，事先须认真分析，制定可靠的施工方案，以避免流砂现象的产生。流砂地区沼气池土方工程施工有以下几种方案：

（1）避 流砂现象的产生和地下水紧密相关，所以，可采取“避“的作法：在时间上，避开高水位季节施工；在池址选择上，避开高水位地区；改变原设计的池坑底部标高，将沼气池升高，采用半埋式或地上式沼气池。

（2）降 将集水坑设置于沼气池池坑外，并且先降水，后开挖池坑中土方，由于地下水的临时陛下降，使砂层失水而稳固下来，避免砂子的流动。

（3）隔 采用沉井法施工，将池坑外的砂用沉井筒隔开。随着池坑土方的开挖，沉井也随之下沉，这样始终将砂隔于沉井之外，避免土体的垮塌。

在具体情况下，降不低地下水位，而流砂土已造成时，则会增加土方工程量而且会把池底下及池坑四周的土掏松，影响建池和池旁建筑物的质量问题，故不宜再挖；应改变池身的设计标高，将沼气池升高。如果能抽水降低地下水位来开挖土方，也要注意因降低水位而对紧紧相邻的建筑物发生不均匀沉降的影响。

5．膨胀土质土方工程

膨胀土是指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成，具有较大胀缩性能的土质，它吸水膨胀，失水收缩。膨胀土地基沼气池坑开挖中，如果不采取相应的技术措施，会导致沼气池池体开裂漏水，甚至池体结构破坏。膨胀土地区进行沼气池土方工程施工，要掌握以下技术要点：①坚持“快挖快建”、“连续施工”的原则，以减少胀缩变形的可能和速度；② 避免雨天施工，并在开挖前作好排水工作，防止地表水，施工用水等浸入施工场地或冲刷坑壁和边坡；③ 池坑土方开挖结束后，其坑底基土不得受烈日暴晒或雨水浸泡，必要时可预留一层不挖，待作池底底板垫层和底板结构层时挖除；④ 对于设计中在膨胀土地基上采取砂垫层或砂块卵石、碎石层者，应先将上述垫层材料浇水至饱和再铺填于坑底夯实，不得采用向坑底浇水使垫层沉落密实的施工方法；⑤ 回填土应采用非膨胀性土、弱膨胀土或掺有改性材料（如石灰、砂或其他松散类材料）的膨胀土。

6．高地下水基工程处理

地下水位较高地区建池，应尽量选择在枯水季节施工，并采取有效措施进行排水。建池期间，发现有地下水渗出，一般采取“排、降”的方法。池体基本建成后，若有渗漏。可采用“排、引、堵”的方法，或进行综合处理。

（1）盲沟及集水坑排水 当池坑大开挖，池坑壁浸水时，池坑适当放大，在池墙外侧做环形盲沟，将水引向低处，用人工或机械排出。盲沟内填碎石瓦片，防止泥土淤塞，待池墙砌筑完成后，池墙与坑壁间用黏土回填夯实，起防水层作用。

当池坑开挖后，池底浸水时，池底可做十字形盲沟，在池底中心设集水坑，使浸水集中排出。待池底建成，做好抹灰，最后填坑堵水。

（2）深井排水 若地下水流量较大。在池坑2m以外设1～3个深井，使井底比池底低800～1000mm，由池壁盲沟或池底十字形盲沟将水引至深井，用人工或机械抽出深井集水，使水位降至施工操作面以下。

（3）沉井排水 在高地下水位地区建池，池坑开挖时，由于水位高，土壤浸水饱和，坑壁不断垮坍，如果坑中抽水，由于坑壁内外水的压差造成坑壁外的砂子连续不断地由水带入坑内，此现象称为流砂。产生上述问题后，池子无法继续施工。面对这种情况，可照沉井施工原理，进行挡土排水，防止流砂和土方倒塌，确保施工的顺利进行。

简易的沉井方法是用无底无盖的混凝土圆筒放人，随土方开挖，圆筒随之下沉，直至设计位置，最后向筒底抛以卵石，并在沉井法施工的集水井内不断抽水，同时浇灌混凝土池底，并填塞集水井，直至全部完成。

7．注意事项

（1）开挖池坑时，严禁挖成上凸下凹的“洼岩洞”，挖出的土应堆放在离池坑远一点的地方，禁止在池坑附近堆放重物。对土质不好的松软土、砂土，应采取加固措施，以防塌方。如遇地下水，则需采取排水措施，并尽量快挖快建。

（2）用灰土加固地基完毕后，其上应盖以塑料布、草垫之类，以防日晒雨淋影响质量。刚夯实完毕的灰土如突然遭受雨淋浸泡，则应将积水及松软灰土铲除后补填夯实。稍受浸湿的灰土，可在晒干后再补夯。

（3）冬季施工时，不得采用冻土或夹有冻土块的土料作灰土，并应采取有效的防冻措施。

（4）开挖地坑、运送石料和建池砌筑时，要防止石料滑落、掉砖和工具失手砸伤施工人员。运输石料和搭脚手架的绳索，必须坚实、牢固，防止落架或断裂伤人。