某地下污水廠超大規模樁基工程選型與設計

羅晨皓

(上海城投水務工程項目管理有限公司，上海 201103）

1 工程概況

1.1 項目基本信息

虹橋污水處理廠工程是上海市中心城區第一座全地下式污水處理廠，占地面積約11.5 公頃，設計規模為20 萬m3/d，采用地下一體化箱體結構型式，分為A 區(深)和B 區(淺)兩個區域。其中樁基工程(HQ1.1 標)施工面積達9 萬多m2，樁數近萬根，屬超大規模樁基工程，且合同工期僅4 個月，地下障礙物“點多面廣”，進度及質量要求均較高。

圖1 一體化構筑物三維模型展示

圖2 平面及高程分區圖

1.2 工程地質條件

1)地質與地貌

擬建場地屬濱海平原地貌，場地收儲前原主要為民宅和廠房，表層覆蓋較厚的雜填土，建筑垃圾較多。擬建場地內的土層性質及分布情況詳見下表。

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2)地下水

根據上海市工程建設規范《巖土工程勘察規范》(DGJ08-37-2012),設計時年平均地下水高水位埋深可按0.5m 計，年平均低水位埋深按1.5m 計。

2 樁基設計

2.1 樁基選型

根據上海地區以往工程經驗，大型水池的樁基一般采用三種型式：預制方樁、預制管樁以及鉆孔灌注樁，并考慮新型樁基的應用，增加勁性復合樁基。四種樁型比較如下表：

樁型 施工工期 樁基施工影響 樁基承載力 造價預制方樁采用預制樁，工期較短。實心樁，擠土效應明顯，不適用于樁距較小的單體，對環境有影響。同樁徑下單樁承載力相對于PHC 管樁較大，抗拔力較大，且可靠。同樁徑下每延米造價相對于PHC 管樁較高。PHC管樁采用預制樁，工期較短?？招臉?，可采用開口樁尖；擠土效應相對較小，適用于樁距適中的單體，對環境有影響。同樁徑下單樁承載力相對于預制方樁較小，抗拔力受接頭影響一般，接頭存在一定風險。同樁徑下每延米造價相對于預制方樁較低。鉆孔灌注樁采用現澆混凝土，工期較長。鉆孔樁，無擠土效應，適用于周邊環境要求較高的單體，有泥漿污染問題。樁徑大，單樁承載力較大，同預制樁比承載力發揮效能不足，抗拔力較大且可靠。綜合造價高于預制樁，大約是預制樁的2 倍左右。勁性復合樁攪拌樁內打設預制樁，工期短。攪拌樁+打入樁，無擠土效應，對環境基本無影響，無泥漿污染問題同樁徑下，比預制樁高，抗拔力受接頭影響一般，抗拔接頭存在一定風險。綜合造價低于鉆孔灌注樁而大于預制樁，約比鉆孔樁少20%。

考慮基底為較為軟弱的淤泥質土，回彈量較大，采用預制樁易斷樁、傾斜及上浮，且勁性復合樁在上海地區目前處于試點及推廣階段，且本工程樁基需要抗拔，從安全可靠角度，考慮采用直徑800 的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

2.2 樁基布置

按照上部結構整體布局，考慮到結構底板受力均勻及配筋的經濟性，并考慮樁基同隔墻及立柱盡量對齊，樁基按照約3m 矩形網格布進行置。

2.3 樁基設計計算

根據MIDAS 軟件上部結構計算結果，A、B 兩區域基礎底均布壓力標準值分別為166kPa 和163kPa。且由于上部結構采用一體化箱體結構，底板為筏板基礎，設置樁基后存在局部抗浮問題，同時還需考慮不同深淺區域的不均勻沉降問題。

1)抗壓及抗拔承載力計算

首先依據模型計算結果，考慮局部抗浮得到A、B 兩區域單樁所需最大抗壓及抗拔承載力，再考慮控制不均勻沉降，A區樁長選擇30m，B 區樁長選擇34m，使樁基基底標高基本在土性相差不大的土層上。按照最不利鉆孔計算所得的單樁承載力如下表：

抗拔承載力設計值(kN)A 30m 1366 1450 1042 1050 B 34m 1234 1340 520 1100區域 樁長 單樁所需最大抗壓承載能力(kN)抗壓承載力設計值(kN)單樁所需最大抗拔承載能力(kN)

2)沉降計算

經計算，淺區B 區底板底附加應力為35kPa,樁底自重應力為737kPa，附加應力比自重應力為4.75%，根據規范不需要計算樁底沉降；深埋區域計算同淺埋區。

2.4 樁身設計

樁身設計詳圖具體見圖5：

圖4 樁身設計詳圖

3 樁基試樁檢測及后處理要求

為嚴格控制后期成樁質量，對樁基試樁檢測及后處理提出設計要求如下：

1)試樁要求：樁基施工前進行24 根試成樁及單樁靜荷載試驗，試樁不計入工程樁，其中30m9 根，34m15 根。

2)檢測要求：本工程采用單樁靜載荷試驗檢驗樁基的承載力，其中抗壓、抗拔檢測比例均為0.5%；采用低應變動測法及聲測法檢驗樁基的完整性，檢測比例均為50%。

3)后處理要求：為提高工程樁承載能力，減少樁基沉降，本工程樁基采用后注漿措施，后注漿為每根2t，水灰比為0.55 ～0.6，注漿壓力為0.4 ～0.8Mpa。

4 結語

鉆孔灌注樁雖然存在造價高樁，存在泥漿污染等不足，但其抗壓、抗拔的單樁承載力均較高，且適用于復雜環境。從最終施工后成樁質量來看，本項目的地基基礎采用鉆孔灌注樁作為工程樁是可行的，也為類似超大規模污水廠項目樁基工程選型與設計提供了參考。