淺析某污水處理廠的樁基比選

趙明

南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210008

前言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，市政項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，自來(lái)水廠和污水處理廠的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，在設(shè)計(jì)中涉及的水處理構(gòu)筑物大小也隨之增大，長(zhǎng)三角地區(qū)地處長(zhǎng)江沖積平原，地質(zhì)情況不是很理想，淺層的地基承載力普遍較低難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，往往需要進(jìn)行地基處理，地基處理的方式有很多，地基處理方式選擇對(duì)整個(gè)工程的造價(jià)有很大的影響，本文結(jié)合實(shí)際工程對(duì)水處理構(gòu)筑物的地基處理方式做一個(gè)比選，希望對(duì)類(lèi)似工程提供參考[1]。

1 工程概況

本工程位于江蘇揚(yáng)州寶應(yīng)縣開(kāi)發(fā)區(qū)，為寶應(yīng)縣第二污水處理廠一期工程，本次樁基比選涉及的單體主要有A/A/O池、二沉池和高效混凝沉淀池三個(gè)單體，三個(gè)單體尺寸為：改良A/A/O反應(yīng)池：長(zhǎng)89.25m寬49.6m深7m，埋深2.1m；二沉池：長(zhǎng)47.9m寬34.9m深3.8m，埋深0.6m；高效混凝沉淀池：長(zhǎng)35.25m寬20m深5.5m，埋深3.05m。

2 工程地質(zhì)條件

從工程地質(zhì)角度，將地基土層情況敘述如下：

2.1 層黏土夾粉質(zhì)黏土

灰黃色，土質(zhì)不均，層厚0.8～2.9m，平均層厚1.4m，場(chǎng)地普遍分布。

2.2 層粉土夾粉質(zhì)黏土

灰黃、灰色，層厚0.5～1.4m，平均層厚0.8m，fak=70kPa，多數(shù)中壓縮性，少數(shù)高壓縮性，土質(zhì)不均，分布均勻，場(chǎng)地普遍分布。其中粉土很濕～濕，中密狀態(tài)，搖震反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性低；粉質(zhì)黏土軟塑狀態(tài)，手捻光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性高。

2.3 層淤泥

局部為淤泥質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色，層厚4.6～13.0m，平均層厚7.8m，fak=50kPa，高壓縮性，土質(zhì)較均勻，分布不均勻，場(chǎng)地普遍分布。流塑狀態(tài)，手捻光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性高。

2.4 層粉質(zhì)黏土夾黏土

灰、灰黃色，層厚0.6～4.9m，平均層厚2.7m，fak=140kPa，中壓縮性，土質(zhì)均勻性一般，分布不均勻，局部地段缺失。其中粉質(zhì)黏土，可塑狀態(tài)，無(wú)搖震反應(yīng)，手捻稍光滑，干強(qiáng)度和韌性中等；黏土可塑狀態(tài)，手捻光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性高。

2.5 層粉質(zhì)黏土夾粉土薄層

灰黃、黃色，層厚1.5～5.3m，平均層厚3.1m，fak=120kPa，中壓縮性，土質(zhì)均勻性一般，分布不均勻，局部地段缺失。其中粉質(zhì)黏土可塑狀態(tài)，無(wú)搖震反應(yīng)，手捻稍光滑，干強(qiáng)度和韌性中等；粉土濕，多數(shù)中密狀態(tài)，局部密實(shí)狀態(tài)，搖震反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性低。

2.6 層粉土夾粉砂

黃色，層厚4.0～6.4m，平均層厚5.3m，fak=160kPa，中壓縮性，場(chǎng)地普遍分布。濕，多數(shù)密實(shí)狀態(tài)，少數(shù)中密狀態(tài)，搖震反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性低。

2.7 層粉質(zhì)黏土與黏土互層

含貝殼，灰色，本次勘察未揭穿，最大揭示厚度6.2m。fak=110kPa，中壓縮性，場(chǎng)地普遍分布。其中粉質(zhì)黏土多數(shù)軟塑狀態(tài)，少數(shù)可塑狀態(tài)，無(wú)搖震反應(yīng)，手捻稍光滑，干強(qiáng)度和韌性中等；黏土軟塑狀態(tài)，手捻光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性高[2]。

根據(jù)鉆探資料，本工程需處理的土層深度約為14～16米。

3 樁基比選

本工程建、構(gòu)筑物的地基處理設(shè)計(jì)，對(duì)需要抗拔承載力的單體采用預(yù)制混凝土方樁，其余單體采用預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。預(yù)應(yīng)力管樁產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，我國(guó)管樁生產(chǎn)主要采用混凝土高速離心成型工藝，管樁結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)，混凝土配置攪拌中摻加了高效減水劑，常壓蒸氣養(yǎng)護(hù)與高溫高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)工藝相結(jié)合的快速養(yǎng)護(hù)方式。管樁生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，管樁生產(chǎn)已經(jīng)形成工廠化、規(guī)模化作業(yè)。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在市政工程水池地基處理中應(yīng)用廣泛，由于管樁的通用性強(qiáng)、施工速度快、采購(gòu)方便、便于產(chǎn)品采購(gòu)及工程施工的招投標(biāo)，近幾年設(shè)計(jì)的市政水廠、污水處理廠采用管樁作為地基處理的首選方案。

對(duì)于復(fù)合地基處理方案，我院在設(shè)計(jì)初期也有所考慮。由于本工程地質(zhì)條件差，軟土分布深度范圍在15米左右，采用普通的復(fù)合地基時(shí)，單樁承載力較低，如需復(fù)合地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁間距布置較密，擠土效應(yīng)明顯，在軟土地質(zhì)條件中容易出現(xiàn)斷樁、成樁困難等缺陷，也不符合規(guī)范要求；采用深層攪拌樁齡期較長(zhǎng)，工期難以滿足要求；預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工設(shè)備可與預(yù)制混凝土方樁設(shè)備共用。綜合以上各種因素選擇了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行地基處理[3]。

4 樁基方案優(yōu)化

考慮工程資金的困難，建設(shè)單位提出對(duì)地基處理方案進(jìn)一步優(yōu)化的要求，由于普通的復(fù)合地基處理難以滿足要求，采用X形混凝土樁復(fù)合地基及長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁復(fù)合地基兩種新型復(fù)合地基進(jìn)行優(yōu)化，兩種樁型均有國(guó)家及省級(jí)規(guī)范作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

本工程單體較多，包括建筑物及構(gòu)筑物。對(duì)于建筑物的地基處理采用復(fù)合地基處理不合理，且對(duì)基礎(chǔ)形式影響較大。對(duì)需要抗拔的水池構(gòu)筑物，復(fù)合地基樁基無(wú)法滿足受力要求。故本次樁基優(yōu)化單體為沉淀池、A/A/O池和混凝沉淀池三個(gè)單體。優(yōu)化方案采用現(xiàn)澆X形混凝土樁樁復(fù)合地基和長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁復(fù)合地基兩種方案進(jìn)行比選。

4.1 樁型比選

現(xiàn)澆X形混凝土樁技術(shù)與傳統(tǒng)的灌注樁技術(shù)相比，該技術(shù)利用一種截面如字母X形的鋼模代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉管灌注樁圓形鋼模，形成一種X形樁的現(xiàn)澆混凝土樁。現(xiàn)澆X形混凝土樁由于其具有較大的單位體積材料比表面積，因而可以在不增加工程量的前提下大大提高單樁承載力，從而提高性能價(jià)格比。可廣泛應(yīng)用于高速公路、高速鐵路、市政、建工及水利等領(lǐng)域地基基礎(chǔ)工程。

現(xiàn)澆X形混凝土樁技術(shù)與當(dāng)前地基處理中普遍使用的水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁、各種振動(dòng)沉管樁等相比，有它的合理性、先進(jìn)性及適用性，它采用現(xiàn)澆工藝后不需要像預(yù)制樁一樣采用大量鋼筋和大型運(yùn)輸設(shè)備以及笨重的機(jī)械設(shè)備，也不需要事先配樁，從而可以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)軟土深度變化等優(yōu)勢(shì)，而與水泥攪拌樁等柔性樁相比它又是剛性樁，承載力高且質(zhì)量容易控制，處理深度不受限制，整體造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)澆X形混凝土樁技術(shù)根據(jù)等截面異形周邊擴(kuò)大原理，是在傳統(tǒng)圓形沉管灌注樁的基礎(chǔ)上通過(guò)改變截面形式而提供承載力的一種新樁型，它是充分利用等截面異形樁側(cè)表面積增加，進(jìn)而增加樁側(cè)摩阻力、充分發(fā)揮樁身材料的潛力的一項(xiàng)新技術(shù)，其施工快速靈活，對(duì)施工的場(chǎng)地要求低。因此它是一種具有多種優(yōu)勢(shì)的新工藝，設(shè)計(jì)理論成熟。

長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁的泵送超流態(tài)砼后置鋼筋籠技術(shù)是由日本的CIP工法演變而來(lái)的，該樁型利用施工機(jī)械的優(yōu)越性減小擠土效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)提高復(fù)合地基的承載能力，它與普通鉆孔樁不同，它采用專(zhuān)用長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)鉆至預(yù)定深度，通過(guò)鉆頭活門(mén)向孔內(nèi)連續(xù)泵注超流態(tài)混凝土，至樁頂為止，是一種新型的樁基礎(chǔ)施工手段。超流態(tài)混凝土灌注樁應(yīng)用廣泛，不受地下水位限制，所用混凝土流動(dòng)性強(qiáng)，骨料分散性好，所用螺旋鉆機(jī)即可鉆孔又可壓灌混凝土，操作簡(jiǎn)便，混凝土灌注速度快，成樁質(zhì)量好，造價(jià)低。

4.2 經(jīng)濟(jì)比選

對(duì)于承載力要求高的復(fù)合地基樁基局部采用梅花形布置，對(duì)于承載力要求相對(duì)較低的復(fù)合地基采用矩形布置。樁基進(jìn)入持力層為6層粉土夾粉砂層，樁身采用C20混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土。

不同樁型造價(jià)計(jì)算結(jié)果如下：改良A/A/O反應(yīng)池采用X形混凝土樁復(fù)合地基總造價(jià)為303萬(wàn)元，采用Φ400長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌素混凝土樁復(fù)合地基總造價(jià)為308萬(wàn)元，采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)總造價(jià)為484萬(wàn)元；二沉池采用X形混凝土樁復(fù)合地基總造價(jià)為81萬(wàn)元，采用Φ400長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌素混凝土樁復(fù)合地基總造價(jià)為95萬(wàn)元，采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)總造價(jià)為124萬(wàn)元；高效混凝沉淀池采用X形混凝土樁復(fù)合地基總造價(jià)為36萬(wàn)元，采用Φ400長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌素混凝土樁復(fù)合地基總造價(jià)為35萬(wàn)元，采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)總造價(jià)為57萬(wàn)元。計(jì)算復(fù)合地基處理費(fèi)用時(shí)，樁頂與池底板之間的砂墊層造價(jià)也應(yīng)考慮在內(nèi)。綜合考慮后，X形混凝土樁復(fù)合地基比預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)可節(jié)約33%左右造價(jià)，長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌混凝土樁復(fù)合地基比預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)可節(jié)約30%左右造價(jià)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本工程上述單體采用管樁基礎(chǔ)、x形混凝土樁復(fù)合地基、長(zhǎng)螺旋壓灌樁復(fù)合地基均是可行的，其中兩種新型復(fù)合地基均可節(jié)約30%左右造價(jià)。

從減少工程施工控制難度，減小施工單位選擇難度，施工工藝的成熟程度以及產(chǎn)業(yè)的成熟程度等角度考慮，推薦管樁基礎(chǔ)；在考慮造價(jià)因素，選擇復(fù)合地基的前提下，從節(jié)約材料，避免出土，提高工程環(huán)境效益角度考慮，推薦“x形混凝土樁復(fù)合地基”。