淺析某污水處理廠的樁基比選

趙明

南京市市政設計研究院有限責任公司 江蘇 南京 210008

前言

隨著城鎮化進程的推進，市政項目設計中，自來水廠和污水處理廠的規模也在不斷擴大，在設計中涉及的水處理構筑物大小也隨之增大，長三角地區地處長江沖積平原，地質情況不是很理想，淺層的地基承載力普遍較低難以達到設計要求，往往需要進行地基處理，地基處理的方式有很多，地基處理方式選擇對整個工程的造價有很大的影響，本文結合實際工程對水處理構筑物的地基處理方式做一個比選，希望對類似工程提供參考[1]。

1 工程概況

本工程位于江蘇揚州寶應縣開發區，為寶應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單體，三個單體尺寸為：改良A/A/O反應池：長89.25m寬49.6m深7m，埋深2.1m；二沉池：長47.9m寬34.9m深3.8m，埋深0.6m；高效混凝沉淀池：長35.25m寬20m深5.5m，埋深3.05m。

2 工程地質條件

從工程地質角度，將地基土層情況敘述如下：

2.1 層黏土夾粉質黏土

灰黃色，土質不均，層厚0.8～2.9m，平均層厚1.4m，場地普遍分布。

2.2 層粉土夾粉質黏土

灰黃、灰色，層厚0.5～1.4m，平均層厚0.8m，fak=70kPa，多數中壓縮性，少數高壓縮性，土質不均，分布均勻，場地普遍分布。其中粉土很濕～濕，中密狀態，搖震反應中等，無光澤反應，干強度和韌性低；粉質黏土軟塑狀態，手捻光滑，無搖震反應，干強度和韌性高。

2.3 層淤泥

局部為淤泥質黏土和淤泥質粉質黏土，灰色，層厚4.6～13.0m，平均層厚7.8m，fak=50kPa，高壓縮性，土質較均勻，分布不均勻，場地普遍分布。流塑狀態，手捻光滑，無搖震反應，干強度和韌性高。

2.4 層粉質黏土夾黏土

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

2.5 層粉質黏土夾粉土薄層

灰黃、黃色，層厚1.5～5.3m，平均層厚3.1m，fak=120kPa，中壓縮性，土質均勻性一般，分布不均勻，局部地段缺失。其中粉質黏土可塑狀態，無搖震反應，手捻稍光滑，干強度和韌性中等；粉土濕，多數中密狀態，局部密實狀態，搖震反應中等，無光澤反應，干強度和韌性低。

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，場地普遍分布。濕，多數密實狀態，少數中密狀態，搖震反應中等，無光澤反應，干強度和韌性低。

2.7 層粉質黏土與黏土互層

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，場地普遍分布。其中粉質黏土多數軟塑狀態，少數可塑狀態，無搖震反應，手捻稍光滑，干強度和韌性中等；黏土軟塑狀態，手捻光滑，無搖震反應，干強度和韌性高[2]。

根據鉆探資料，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、構筑物的地基處理設計，對需要抗拔承載力的單體采用預制混凝土方樁，其余單體采用預制先張法預應力混凝土管樁基礎。預應力管樁產業發展迅速，我國管樁生產主要采用混凝土高速離心成型工藝，管樁結構采用先張法預應力技術，混凝土配置攪拌中摻加了高效減水劑，常壓蒸氣養護與高溫高壓蒸氣養護工藝相結合的快速養護方式。管樁生產工藝已經比較成熟，管樁生產已經形成工廠化、規模化作業。先張法預應力混凝土管樁在市政工程水池地基處理中應用廣泛，由于管樁的通用性強、施工速度快、采購方便、便于產品采購及工程施工的招投標，近幾年設計的市政水廠、污水處理廠采用管樁作為地基處理的首選方案。

對于復合地基處理方案，我院在設計初期也有所考慮。由于本工程地質條件差，軟土分布深度范圍在15米左右，采用普通的復合地基時，單樁承載力較低，如需復合地基承載力達到設計要求，樁間距布置較密，擠土效應明顯，在軟土地質條件中容易出現斷樁、成樁困難等缺陷，也不符合規范要求；采用深層攪拌樁齡期較長，工期難以滿足要求；預應力混凝土管樁施工設備可與預制混凝土方樁設備共用。綜合以上各種因素選擇了預應力混凝土管樁進行地基處理[3]。

4 樁基方案優化

考慮工程資金的困難，建設單位提出對地基處理方案進一步優化的要求，由于普通的復合地基處理難以滿足要求，采用X形混凝土樁復合地基及長螺旋鉆孔壓灌樁復合地基兩種新型復合地基進行優化，兩種樁型均有國家及省級規范作為設計依據。

本工程單體較多，包括建筑物及構筑物。對于建筑物的地基處理采用復合地基處理不合理，且對基礎形式影響較大。對需要抗拔的水池構筑物，復合地基樁基無法滿足受力要求。故本次樁基優化單體為沉淀池、A/A/O池和混凝沉淀池三個單體。優化方案采用現澆X形混凝土樁樁復合地基和長螺旋鉆孔壓灌樁復合地基兩種方案進行比選。

4.1 樁型比選

現澆X形混凝土樁技術與傳統的灌注樁技術相比，該技術利用一種截面如字母X形的鋼模代替傳統的沉管灌注樁圓形鋼模，形成一種X形樁的現澆混凝土樁。現澆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，從而提高性能價格比。可廣泛應用于高速公路、高速鐵路、市政、建工及水利等領域地基基礎工程。

現澆X形混凝土樁技術與當前地基處理中普遍使用的水泥攪拌樁、預應力管樁、各種振動沉管樁等相比，有它的合理性、先進性及適用性，它采用現澆工藝后不需要像預制樁一樣采用大量鋼筋和大型運輸設備以及笨重的機械設備，也不需要事先配樁，從而可以適應現場軟土深度變化等優勢，而與水泥攪拌樁等柔性樁相比它又是剛性樁，承載力高且質量容易控制，處理深度不受限制，整體造價較低等優點，現澆X形混凝土樁技術根據等截面異形周邊擴大原理，是在傳統圓形沉管灌注樁的基礎上通過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表面積增加，進而增加樁側摩阻力、充分發揮樁身材料的潛力的一項新技術，其施工快速靈活，對施工的場地要求低。因此它是一種具有多種優勢的新工藝，設計理論成熟。

長螺旋鉆孔壓灌樁的泵送超流態砼后置鋼筋籠技術是由日本的CIP工法演變而來的，該樁型利用施工機械的優越性減小擠土效應優點提高復合地基的承載能力，它與普通鉆孔樁不同，它采用專用長螺旋鉆孔機鉆至預定深度，通過鉆頭活門向孔內連續泵注超流態混凝土，至樁頂為止，是一種新型的樁基礎施工手段。超流態混凝土灌注樁應用廣泛，不受地下水位限制，所用混凝土流動性強，骨料分散性好，所用螺旋鉆機即可鉆孔又可壓灌混凝土，操作簡便，混凝土灌注速度快，成樁質量好，造價低。

4.2 經濟比選

對于承載力要求高的復合地基樁基局部采用梅花形布置，對于承載力要求相對較低的復合地基采用矩形布置。樁基進入持力層為6層粉土夾粉砂層，樁身采用C20混凝土強度等級混凝土。

不同樁型造價計算結果如下：改良A/A/O反應池采用X形混凝土樁復合地基總造價為303萬元，采用Φ400長螺旋鉆孔壓灌素混凝土樁復合地基總造價為308萬元，采用預應力管樁基礎總造價為484萬元；二沉池采用X形混凝土樁復合地基總造價為81萬元，采用Φ400長螺旋鉆孔壓灌素混凝土樁復合地基總造價為95萬元，采用預應力管樁基礎總造價為124萬元；高效混凝沉淀池采用X形混凝土樁復合地基總造價為36萬元，采用Φ400長螺旋鉆孔壓灌素混凝土樁復合地基總造價為35萬元，采用預應力管樁基礎總造價為57萬元。計算復合地基處理費用時，樁頂與池底板之間的砂墊層造價也應考慮在內。綜合考慮后，X形混凝土樁復合地基比預應力管樁基礎可節約33%左右造價，長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁復合地基比預應力管樁基礎可節約30%左右造價。

5 結束語

本工程上述單體采用管樁基礎、x形混凝土樁復合地基、長螺旋壓灌樁復合地基均是可行的，其中兩種新型復合地基均可節約30%左右造價。

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業的成熟程度等角度考慮，推薦管樁基礎；在考慮造價因素，選擇復合地基的前提下，從節約材料，避免出土，提高工程環境效益角度考慮，推薦“x形混凝土樁復合地基”。