浅析某污水处理厂的桩基比选

赵明

南京市市政设计研究院有限责任公司 江苏 南京 210008

前言

随着城镇化进程的推进，市政项目设计中，自来水厂和污水处理厂的规模也在不断扩大，在设计中涉及的水处理构筑物大小也随之增大，长三角地区地处长江冲积平原，地质情况不是很理想，浅层的地基承载力普遍较低难以达到设计要求，往往需要进行地基处理，地基处理的方式有很多，地基处理方式选择对整个工程的造价有很大的影响，本文结合实际工程对水处理构筑物的地基处理方式做一个比选，希望对类似工程提供参考[1]。

1 工程概况

本工程位于江苏扬州宝应县开发区，为宝应县第二污水处理厂一期工程，本次桩基比选涉及的单体主要有A/A/O池、二沉池和高效混凝沉淀池三个单体，三个单体尺寸为：改良A/A/O反应池：长89.25m宽49.6m深7m，埋深2.1m；二沉池：长47.9m宽34.9m深3.8m，埋深0.6m；高效混凝沉淀池：长35.25m宽20m深5.5m，埋深3.05m。

2 工程地质条件

从工程地质角度，将地基土层情况叙述如下：

2.1 层黏土夹粉质黏土

灰黄色，土质不均，层厚0.8～2.9m，平均层厚1.4m，场地普遍分布。

2.2 层粉土夹粉质黏土

灰黄、灰色，层厚0.5～1.4m，平均层厚0.8m，fak=70kPa，多数中压缩性，少数高压缩性，土质不均，分布均匀，场地普遍分布。其中粉土很湿～湿，中密状态，摇震反应中等，无光泽反应，干强度和韧性低；粉质黏土软塑状态，手捻光滑，无摇震反应，干强度和韧性高。

2.3 层淤泥

局部为淤泥质黏土和淤泥质粉质黏土，灰色，层厚4.6～13.0m，平均层厚7.8m，fak=50kPa，高压缩性，土质较均匀，分布不均匀，场地普遍分布。流塑状态，手捻光滑，无摇震反应，干强度和韧性高。

2.4 层粉质黏土夹黏土

灰、灰黄色，层厚0.6～4.9m，平均层厚2.7m，fak=140kPa，中压缩性，土质均匀性一般，分布不均匀，局部地段缺失。其中粉质黏土，可塑状态，无摇震反应，手捻稍光滑，干强度和韧性中等；黏土可塑状态，手捻光滑，无摇震反应，干强度和韧性高。

2.5 层粉质黏土夹粉土薄层

灰黄、黄色，层厚1.5～5.3m，平均层厚3.1m，fak=120kPa，中压缩性，土质均匀性一般，分布不均匀，局部地段缺失。其中粉质黏土可塑状态，无摇震反应，手捻稍光滑，干强度和韧性中等；粉土湿，多数中密状态，局部密实状态，摇震反应中等，无光泽反应，干强度和韧性低。

2.6 层粉土夹粉砂

黄色，层厚4.0～6.4m，平均层厚5.3m，fak=160kPa，中压缩性，场地普遍分布。湿，多数密实状态，少数中密状态，摇震反应中等，无光泽反应，干强度和韧性低。

2.7 层粉质黏土与黏土互层

含贝壳，灰色，本次勘察未揭穿，最大揭示厚度6.2m。fak=110kPa，中压缩性，场地普遍分布。其中粉质黏土多数软塑状态，少数可塑状态，无摇震反应，手捻稍光滑，干强度和韧性中等；黏土软塑状态，手捻光滑，无摇震反应，干强度和韧性高[2]。

根据钻探资料，本工程需处理的土层深度约为14～16米。

3 桩基比选

本工程建、构筑物的地基处理设计，对需要抗拔承载力的单体采用预制混凝土方桩，其余单体采用预制先张法预应力混凝土管桩基础。预应力管桩产业发展迅速，我国管桩生产主要采用混凝土高速离心成型工艺，管桩结构采用先张法预应力技术，混凝土配置搅拌中掺加了高效减水剂，常压蒸气养护与高温高压蒸气养护工艺相结合的快速养护方式。管桩生产工艺已经比较成熟，管桩生产已经形成工厂化、规模化作业。先张法预应力混凝土管桩在市政工程水池地基处理中应用广泛，由于管桩的通用性强、施工速度快、采购方便、便于产品采购及工程施工的招投标，近几年设计的市政水厂、污水处理厂采用管桩作为地基处理的首选方案。

对于复合地基处理方案，我院在设计初期也有所考虑。由于本工程地质条件差，软土分布深度范围在15米左右，采用普通的复合地基时，单桩承载力较低，如需复合地基承载力达到设计要求，桩间距布置较密，挤土效应明显，在软土地质条件中容易出现断桩、成桩困难等缺陷，也不符合规范要求；采用深层搅拌桩龄期较长，工期难以满足要求；预应力混凝土管桩施工设备可与预制混凝土方桩设备共用。综合以上各种因素选择了预应力混凝土管桩进行地基处理[3]。

4 桩基方案优化

考虑工程资金的困难，建设单位提出对地基处理方案进一步优化的要求，由于普通的复合地基处理难以满足要求，采用X形混凝土桩复合地基及长螺旋钻孔压灌桩复合地基两种新型复合地基进行优化，两种桩型均有国家及省级规范作为设计依据。

本工程单体较多，包括建筑物及构筑物。对于建筑物的地基处理采用复合地基处理不合理，且对基础形式影响较大。对需要抗拔的水池构筑物，复合地基桩基无法满足受力要求。故本次桩基优化单体为沉淀池、A/A/O池和混凝沉淀池三个单体。优化方案采用现浇X形混凝土桩桩复合地基和长螺旋钻孔压灌桩复合地基两种方案进行比选。

4.1 桩型比选

现浇X形混凝土桩技术与传统的灌注桩技术相比，该技术利用一种截面如字母X形的钢模代替传统的沉管灌注桩圆形钢模，形成一种X形桩的现浇混凝土桩。现浇X形混凝土桩由于其具有较大的单位体积材料比表面积，因而可以在不增加工程量的前提下大大提高单桩承载力，从而提高性能价格比。可广泛应用于高速公路、高速铁路、市政、建工及水利等领域地基基础工程。

现浇X形混凝土桩技术与当前地基处理中普遍使用的水泥搅拌桩、预应力管桩、各种振动沉管桩等相比，有它的合理性、先进性及适用性，它采用现浇工艺后不需要像预制桩一样采用大量钢筋和大型运输设备以及笨重的机械设备，也不需要事先配桩，从而可以适应现场软土深度变化等优势，而与水泥搅拌桩等柔性桩相比它又是刚性桩，承载力高且质量容易控制，处理深度不受限制，整体造价较低等优点，现浇X形混凝土桩技术根据等截面异形周边扩大原理，是在传统圆形沉管灌注桩的基础上通过改变截面形式而提供承载力的一种新桩型，它是充分利用等截面异形桩侧表面积增加，进而增加桩侧摩阻力、充分发挥桩身材料的潜力的一项新技术，其施工快速灵活，对施工的场地要求低。因此它是一种具有多种优势的新工艺，设计理论成熟。

长螺旋钻孔压灌桩的泵送超流态砼后置钢筋笼技术是由日本的CIP工法演变而来的，该桩型利用施工机械的优越性减小挤土效应优点提高复合地基的承载能力，它与普通钻孔桩不同，它采用专用长螺旋钻孔机钻至预定深度，通过钻头活门向孔内连续泵注超流态混凝土，至桩顶为止，是一种新型的桩基础施工手段。超流态混凝土灌注桩应用广泛，不受地下水位限制，所用混凝土流动性强，骨料分散性好，所用螺旋钻机即可钻孔又可压灌混凝土，操作简便，混凝土灌注速度快，成桩质量好，造价低。

4.2 经济比选

对于承载力要求高的复合地基桩基局部采用梅花形布置，对于承载力要求相对较低的复合地基采用矩形布置。桩基进入持力层为6层粉土夹粉砂层，桩身采用C20混凝土强度等级混凝土。

不同桩型造价计算结果如下：改良A/A/O反应池采用X形混凝土桩复合地基总造价为303万元，采用Φ400长螺旋钻孔压灌素混凝土桩复合地基总造价为308万元，采用预应力管桩基础总造价为484万元；二沉池采用X形混凝土桩复合地基总造价为81万元，采用Φ400长螺旋钻孔压灌素混凝土桩复合地基总造价为95万元，采用预应力管桩基础总造价为124万元；高效混凝沉淀池采用X形混凝土桩复合地基总造价为36万元，采用Φ400长螺旋钻孔压灌素混凝土桩复合地基总造价为35万元，采用预应力管桩基础总造价为57万元。计算复合地基处理费用时，桩顶与池底板之间的砂垫层造价也应考虑在内。综合考虑后，X形混凝土桩复合地基比预应力管桩基础可节约33%左右造价，长螺旋钻孔压灌混凝土桩复合地基比预应力管桩基础可节约30%左右造价。

5 结束语

本工程上述单体采用管桩基础、x形混凝土桩复合地基、长螺旋压灌桩复合地基均是可行的，其中两种新型复合地基均可节约30%左右造价。

从减少工程施工控制难度，减小施工单位选择难度，施工工艺的成熟程度以及产业的成熟程度等角度考虑，推荐管桩基础；在考虑造价因素，选择复合地基的前提下，从节约材料，避免出土，提高工程环境效益角度考虑，推荐“x形混凝土桩复合地基”。