大型污水處理池的沉降控制復(fù)合樁基設(shè)計分析

張棋

摘要：本文以某省污水廠處理池為例，針對污水池占地面積過大、基底壓力較小的特點。在處理污水池過程中使用沉降控制復(fù)合樁，在進(jìn)行設(shè)計過程中，需要設(shè)計師計算出關(guān)于沉降與樁數(shù)之間的關(guān)系曲線，根據(jù)得出的結(jié)論確定復(fù)合樁數(shù)量，并對承重力進(jìn)行檢查。沉降控制復(fù)合樁基與普通的基礎(chǔ)樁基相比，成本偏低會偏低，在工程中合理地運用樁基不僅能夠保證結(jié)構(gòu)的安全，還能減少工程造價。

關(guān)鍵詞：污水池;沉降控制;復(fù)合樁基

近年來，化工行業(yè)由各種原因引發(fā)的污染物泄露導(dǎo)致周邊地下水環(huán)境污染，給環(huán)境安全造成了嚴(yán)重威脅。由于化工項目中各類污水池對周邊地下水有較大的污染風(fēng)險，且地下水污染后治理難度大、時間長、費用高。所以對化工項目中污水池的設(shè)置尤為重要。對于大型污水處理廠而言，它的任務(wù)主要是處理水中的構(gòu)建物，例如生化物池、沉淀池，設(shè)計師需要設(shè)計面積過大，基地壓力偏小特點的池子，建立污水處理池時，需要事先測量好全廠的面積，污水處理池約占全廠地基面積的三分之一或二分之一。對于沿海地區(qū)而言，建立污水處理池時，地基大多為粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，此種黏土大多承載力較低，由于水池底部地質(zhì)松軟，無法承受水池蓄水時的重量所產(chǎn)生的壓力，大多在90 kPa之內(nèi)，原有的地基和現(xiàn)在需要設(shè)計需污水處理池的地基承載力不會相差太多，但是這種地基的土質(zhì)往往很容易進(jìn)行壓縮性，沉降幅度偏大，沒有辦法符合工程的需求。對于本次工程而言，沉降控制復(fù)合樁經(jīng)過設(shè)計穿過軟土層，進(jìn)入符合設(shè)計的土層進(jìn)行安裝復(fù)合樁。基層樁與樁之間能夠一起對上方的壓力進(jìn)行承擔(dān)，可以大幅度地減少水池的沉降速度，并且減少工程資金。筆者以某水池處理廠生化池為例，對其進(jìn)行設(shè)計分析。

一、污水處理池的概述

我國現(xiàn)有的污水處理池主要有以下兩種，第一種是污水沉淀池，第二種是生物過濾池，這兩種處理池在設(shè)計過程中需要保證占地面積大、容量大、污水處理效率高、水位比較深等特點。在進(jìn)行施工設(shè)計過程中，本廠具有很大的特殊性，處理池的面積很大，因此對于處理池地基施工要求相對會高。大部分污水處理池的占地面積都是整場的一半左右，文章中的污水處理池設(shè)計因為地理位置的原因，會對建設(shè)污水池造成影響。因本廠所處的地區(qū)基本地層的承載力都在90 kPa之內(nèi)，在這種天然的基底層進(jìn)行施工時，地面會受到強(qiáng)烈的承載力，并且會出現(xiàn)沉降。所以，不能直接對地層進(jìn)行施工，為了提升工程的質(zhì)量與合理性，施工過程中可以使用沉降控制復(fù)合樁基，以此來減少工程中存在的問題。

二、工程的設(shè)計方案研究

（一）基本方案

本篇文章中的污水處理工程設(shè)計是將地基的平均載荷壓力控制在90 kPa，雖然地基的載荷能力較差，但是因為地區(qū)及環(huán)境的影響不能達(dá)到工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，地基的實際承載能力在40 kPa左右，40 kPa對于天然地基的承載力來講并不是很小，但是由于該地層的主要組成部分為粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘，在建筑上方有一定負(fù)荷壓力時整體的沉降會大幅度往下降，會對工程造成一定的影響，為了對該工程的質(zhì)量及方案進(jìn)行提升，需要采取沉降控制復(fù)合樁基的施工，不僅能夠很好地解決基層沉降問題，還能使實際承載力滿足工程的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）樁基的設(shè)計

工程一旦將復(fù)合樁基使用在工程中，對于樁基的選擇時需要十分重視。在大型污水處理廠的施工過程中，對于預(yù)制樁基的建設(shè)時，需要使用鋼筋混凝土技術(shù)。在進(jìn)行方案設(shè)計時，首先應(yīng)該想到地基的土層并不薄，普通的樁基根本無法直接進(jìn)入。地層過厚主要會很嚴(yán)重影響到地磚的使用效果，所以，在進(jìn)行設(shè)計過程中不僅需要對樁基的質(zhì)量進(jìn)行考慮，還需要對樁基的長度進(jìn)行考量。工程在樁基實際使用過程中，如果樁基的承載力不能達(dá)到要求，就必須對樁基表面的摩擦力進(jìn)行更改，而樁基最終的長度大概在13.5米，在進(jìn)行工程的設(shè)計時，為了避免樁基在貫穿軟土的時候發(fā)生樁基斷裂的情況，從而對施工的時間造成影響，所以樁基的橫截面應(yīng)該是250mm乘以250mm，確保樁基在施工過程中的質(zhì)量與效率。

（三）承載面積的設(shè)計

大型污水處理池在建設(shè)過程中必不可少的就是積底板設(shè)計，在對污水池進(jìn)行建設(shè)過程中，必須對污水池底板的面積進(jìn)行測量，并根據(jù)實際情況進(jìn)行具體分析，本文中的污水處理池底板的承載臺屬于鋼筋混凝土建筑的底板。

（四）樁基的分布設(shè)計

在進(jìn)行沉降控制復(fù)合樁基方案設(shè)計中，最主要的就是樁基位置的分布設(shè)計，本工程對樁基的位置以矩形的方式進(jìn)行排列，不僅能夠大幅度提升工程質(zhì)量，還能保證在約定時間內(nèi)完成工作，提升工作效率。按照我國樁基的施工標(biāo)準(zhǔn)，首先需要計算出污水處理池在建設(shè)成功后自身的載荷和水電載荷能力，并對其進(jìn)行公式運算，計算出所有基樁的承載力，以及各個基樁的承載力是多少，計算結(jié)果出現(xiàn)后根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算出總基樁的沉降量，并設(shè)計專業(yè)的工程方案，制作出專業(yè)的函數(shù)曲線表格，在電腦中進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，如果圖紙上的橫軸變化量為0，證明工程質(zhì)量已經(jīng)得不到保證。

（五）承載力的檢測

本工程主要使用的是矩形樁基分布的規(guī)律，所以，在工程開工之前，相關(guān)工作人員需要對樁基的承載能力展開計算，在上文中提出地基承載力需要達(dá)到90 kPa的數(shù)據(jù)，工程質(zhì)量才能得到保障。

在進(jìn)行施工過程中，最主要的就是復(fù)合樁基沉降度的控制，在對復(fù)合樁基的沉降量進(jìn)行控制時，首先需要對每個樁基的質(zhì)量進(jìn)行檢測，保證質(zhì)量不會存在任何問題。在文章中說復(fù)合樁基在進(jìn)行使用時，由于底層土質(zhì)的摩擦力會影響樁基的安裝，極易使樁基斷裂在軟土層中，所以為了保證所有樁基都能按照施工標(biāo)準(zhǔn)完成，樁基在穿透軟土層，所有的樁基必須處于一個平面當(dāng)中。對樁基承載力進(jìn)行檢測時，不僅需要對樁基的質(zhì)量進(jìn)行檢查，還需檢查樁基之間的距離是否平均，以及樁基的垂直度、直線距離、水平工作面等進(jìn)行檢查，確保樁基能夠在廢水池的建設(shè)中發(fā)揮作用。

三、沉降控制復(fù)合樁基的基本理論

沉降控制復(fù)合樁基對于我國而言，在20世紀(jì)80年代才剛剛開始應(yīng)用于工程之中，我國各地區(qū)只有上海對其應(yīng)用較為成熟，并最早的將沉降控制復(fù)合樁基應(yīng)用在工程中，目前的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》也對樁基使用進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。

四、沉降控制復(fù)合樁基的適用范圍

這種樁基屬于特定條件下可使用類型，處于天然地基淺基礎(chǔ)、常規(guī)樁基礎(chǔ)間的一種。采用這種樁基前提，是當(dāng)天然地基淺基礎(chǔ)能將總荷載基本承受，樁體作用就是控制沉降，建筑物本身會有一定沉降量，且樁體處于承載力極限標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)有一定刺入變形樁體。分析該樁基持力層范圍時，分析對象是上海市地基基礎(chǔ)規(guī)范，要求樁端必須穿過高壓縮性淤泥質(zhì)土層，并進(jìn)入壓縮性要控制在較低水平，土層不能過分堅硬。這種要求主要是因為高壓縮性土層時，樁基承載力較高，并不能將沉降有效控制;另外，持力層巖土過分堅硬時，樁基有較好承載力、較小沉降量，但無法實現(xiàn)沉降、刺入等變形，導(dǎo)致承臺、筏板下土反力很難提高，無法實現(xiàn)樁土共同作用，控制沉降目標(biāo)難以實現(xiàn)。這種樁基對建筑物重量較低時適用性很好，一般會選擇20層以下建筑物，在樁端位置進(jìn)行壓縮性控制時，基本是選擇具有一定硬度但并不十分堅硬的涂層，可直接采用天然地基承載力來提高樁基支撐能力。

五、結(jié)語

隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長。工程技術(shù)的發(fā)展也保證了工程的質(zhì)量。然而，在一些工程中，復(fù)合樁基的沉降控制做得不好，直接影響到施工質(zhì)量。因此，如何優(yōu)化沉降控制復(fù)合樁基的設(shè)計成為施工人員需要解決的問題。在工程中對沉降控制復(fù)合基樁進(jìn)行合理使用，不僅能夠?qū)Τ两刀冗M(jìn)行科學(xué)的控制，還能提升整體工程的安全性，減少資金的投入。對于土質(zhì)深厚軟土地區(qū)，能夠?qū)Ρ疚倪M(jìn)行參考，為沉降控制復(fù)合樁基奠定基礎(chǔ)。

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（作者單位：中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司華東分院）