青岛市某污水处理厂升级改造工程地基处理浅析

唐晓虎

（青岛市团岛污水处理厂，山东 青岛 266002）

0 引言

地基基础是工程建设的重要组成部分，其造价、工期和劳动消耗量均占工程建设的较大比重。基础施工耗费人力大、工期长，甚至阻碍了整个工程建设的进度，影响了工程投资效益。地基基础属于地下隐蔽工程，一旦发生事故在损失巨大的同时补救也十分困难。因此基础设计工作是工程建设设计中的重要环节，科学合理地选择地基基础类型是降低建设造价，保证结构安全的重要组成部分。

1 地基处理目的

地基基础的设计应根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素精心设计，以做到技术安全可靠、造价经济合理、环境环保、因地制宜。地基要有足够的承载力，地基的变形要在建（构）筑物允许承受的范围内，当天然地基不能满足以上要求时，需要对天然地基进行处理，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。此外，当建（构）筑物存在抗浮的问题时，也应采取相应的措施。本文以青岛市某污水处理厂升级改造工程为例浅谈地基基础设计及地基处理在工程案例中的应用。

2 工程案例

该污水处理厂为满足排水标准由一级B提高至一级A[依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）]而进行的升级改造工程。改造项目包含了超细格栅、反硝化滤池、综合设备间、硝化生物滤池、滤布滤池及紫外线消毒池、污泥水处理系统、鼓风机房及变配电所、浓缩机及储泥池、污水源泵房及再生水泵房等新建建（构）筑物。为满足污水处理工艺的需要，各建（构）筑物的结构形式、埋置深度等各不相同，同时该污水处理厂的场地条件比较复杂，因此采用的基础形式也不相同。本文仅介绍硝化生物滤池、格栅间、污水源热泵房及再生水泵房三个具有代表性的建（构）筑物，其因地质条件、功能需要等不同而采用不同的地基处理形式。

2.1 工程地质条件

该污水处理厂的工程地质条件依据岩土工程勘察报告（详勘勘察）进行。场地地质资料摘录如下。

2.1.1 第四系全新统人工填土层（Q4ml）

（1）第①层：杂填土。该层广泛分布于整个场区，回填时间约10～20年，土黄、杂色，稍湿至湿，松散至稍密，粒度成分和物质成分均较复杂，由大块碎石、建筑垃圾、生活垃圾、砂土、黏性土等组成。

（2）第①1层：素填土。褐色，稍湿，松散；以回填松散砂土为主，夹碎石块。

以上两层回填时间较短、成分复杂、强度低，且极不均匀、变异性大、工程性状不稳定，未经处理不宜作为基础持力层使用。

2.1.2 第四系全新统海相层（Q4m）

第⑧层：粗砾砂。褐黄色，中密至密实，很湿至饱和；见有贝壳，混大量碎卵石及块石，成分及密实程度不均。

2.1.3 基岩

工程场区位于中生界燕山晚期侵入的巨大花岗岩岩基之上，形成稳固的基底。

2.1.3.1 粗粒花岗岩[Y53（C）]

广泛分布于场区。

（1）第16层：粗粒花岗岩强风化带。褐黄至肉红色，岩石风化强烈，组织结构已大部分破坏，矿物蚀变较显著，部分长石已稍具高岭土化，沿节理面见大量褐铁矿染，风化裂隙极发育，手搓呈砂土至角砾状，合金钻头干钻可进尺。

根据岩石坚硬程度等级及岩体完整程度的分类标准判定，该带岩石为极软岩，岩体破碎，岩体基本质量级别为Ⅴ级。

（2）第163层：构造破碎带。黄褐色，多呈散体状结构，受构造动力作用影响，矿物蚀变强烈，节理密集发育；岩芯极破碎，多呈角砾状，部分呈碎块状，手搓呈粗砂状。

（3）第17层：粗粒花岗岩中等风化带。浅肉红至肉红色，岩石组织结构部分破坏，矿物蚀变中等，岩体构造节理发育，岩芯呈碎块至短柱状，敲击声哑，锤击可碎。

（4）第18层：粗粒花岗岩微风化带。岩芯呈块至柱状，敲击声脆，锤击不易碎。

该层地基承载力特征值fa=4 000～4 500 kPa，弹性模量 E=20×103～25×103M Pa。

根据岩石坚硬程度等级及岩体完整程度的分类标准判定，该带岩石为较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量级别为Ⅲ级。

2.1.3.2 煌斑岩（X53）

斑状结构，块状构造，主要矿物成分以斜长石、角闪石、黑云母等暗色矿物为主，易风化的暗色矿物含量较高。

（1）第171层：煌斑岩强风化带。浅黄至灰绿色，矿物蚀变中等，节理发育，节理面粗糙伴褐色矿染，岩芯破碎成碎块状，块径3～8 cm，锤击声闷易碎，遇水易软化。

（2）第181层：煌斑岩微风化带。灰绿色，岩石组织结构基本未变，矿物蚀变轻微，节理较发育，多呈闭合及半闭合状，节理面有锈色矿染，节理面多数闭合，数条微张，贯通性好。岩芯呈块状至短柱状，敲击声脆，金刚石钻进较困难。

2.1.3.3 中粒花岗岩[53（Z）]

（1）第172层：中粒花岗岩中等风化带。肉红色，岩石结构部分破坏，矿物蚀变轻微，沿节理面矿物稍有变色，并有多量铁锰矿染。构造节理发育，岩体较破碎，岩芯呈碎块状。节理面平直光滑，贯通性好。岩石较坚硬，锤击声脆可碎。

（2）第182层：中粒花岗岩微风化带。肉红色，岩石组织结构基本未变，矿物蚀变弱，节理发育且不规则，节理面平坦，局部伴褐色矿染。岩芯破碎呈块状，夹有少量短柱状岩芯，敲击声脆，金刚石钻进较困难。

各岩土层主要物理力学指标及相关参数见表1。根据地质资料，天然地基承载力高、变形小，满足新建（构）筑物。

表1 各岩土层主要物理力学指标及相关参数

2.2 工程案例分析

该污水处理厂自然地坪与设计地坪均为5.000 m（本文中的高程均为黄海高程）；设计抗浮水位地下0.5 m，黄海高程4.5 m，地下水容重10 kN/m3。

反硝化生物滤池底板长76.95 m，宽36.5 m，基础埋深9.05 m；底板下底面标高-4.05 m。地下水浮力8.55×10=85.5（kN/m2）。滤池敞口无顶板，因排水工艺需要下层设置两层板，下层底板设计厚度0.65 m，上层板设计厚度0.65 m，板与板之间柱子支撑，为板柱结构。滤池自重抗浮压力1.3×25=32.5（kN/m2）。根据地勘报告，滤池底板下自然基础为18层微风化粗粒花岗岩，该层基岩顶标高-1.58 m，地基承载力特征值4 000 kPa，较硬岩。自然基础的承载能力及变形均满足构筑物需要。但是因地下水位比较高，地下水浮力大，滤池自重无法满足抗浮的需要。

解决构筑物抗浮的方法有很多：

（1）压重法。对埋入地下水位以下的大面积敞开式构筑物，必须考虑空池时的构筑物抗浮问题。为了满足抗浮要求，通常优先采用压重法，即采用增加水池深度，在底板上填充素混凝土或块石混凝土，或在底板下设置“混凝土+拉结锚筋”吊重来满足抗浮要求。反硝化生物滤池为埋深较深的敞口水池，增加底板深度，此法将大大增加基坑支护的费用，同时基岩为较硬的粗粒花岗岩，基础开挖难度很大。

（2）底板下设置抗拔桩或抗拔锚杆。利用桩或锚杆与土的挤压产生的摩擦力来承受底板上所受的浮托力。预制桩施工速度快，质量容易保证，但是不易穿透较硬的岩基；钻孔灌注桩抗浮机理同预制桩，不同之处在于该法是在现场成桩，造价与预制桩相当，但其成桩质量不如预制桩稳定，大面积灌注桩造价成本较高；抗浮锚杆适用于岩石基础，锚杆与岩石的摩擦力能很好地达到抗浮要求。

（3）盲沟系统＋卸压阀法。当水池处于运营状态时，水池通过自重及池内水重达到抗浮要求。而当空池不满足抗浮要求时采用卸压阀系统可使作用于底板上的浮托力得到释放，从而达到抗浮要求。该法一般适用于不经常要放空的水池，其优点是造价较低，但是对于大型水池，其长期使用的可靠性尚有待考验。

根据以上比较，反硝化生物滤池在天然基础上进行抗浮锚杆地基处理，以达到抗浮设计。

格栅间为格栅井服务的建筑物。该工程的格栅间内有格栅井，已有格栅井和新建格栅井，新建格栅井长17.410 m，宽5.6 m，埋深7.5 m，顶板露出地面0.3 m，底板下地面标高-2.50 m，已有格栅井尺寸与新建格栅井相近。格栅间为外罩在两座格栅井上，格栅间长18.5 m，宽18.31 m，单层框架结构。格栅间设有电动葫芦起吊设备，为满足沉降变形的需要，选择天然地基18层微风化粗粒花岗岩作为基础持力岩层。该基层顶标高-1.58 m，距离地面接近7 m。格栅间基础落到天然基础上的方式有两种：一是将框架柱子向下延伸到岩基，采用独立基础。因新老格栅井四周地下布满管线和井，部分独立基础与周边管线相碰，且基础开挖深度大，场地不具备放坡开挖条件，基坑必须采取垂直支护措施，周边已建管线还需保护，施工不方便、造价高。二是采用承台桩基础，承台顶标高设置在4.000 m，桩基础穿入岩层，承台平面尺寸较独立基础小，可有效避免与格栅井四周管线相碰。桩端持力层为较硬微风化岩基，选用钻孔灌注桩作为支承桩，施工操作面小、噪声小，对周边建筑物及管线无扰动影响。

污水源热泵房及再生水泵房为合建构筑物，构筑物长23.3 m，宽8.24 m。泵房埋深分为两部分：水池部分长9.5 m，埋深5.25 m，底板下底面标高-0.25 m；泵房部分长14.3 m，埋深3.6 m，底板下底面标高1.40 m。构筑物下部为地下式混凝土结构，高出设计地坪0.3 m，上部为框架结构的建筑物，层高5.1m。根据地勘报告，持力层顶标高-0.87 m，为16层强风化粗粒花岗岩，花岗岩上部为一层人工填土，无法作为持力层，需进行换填处理。水池部分距离持力层0.62 m，泵房部分距离持力层2.27 m，如果采用中粗砂或级配沙石无法满足沉降变形的需要。污水源热泵房及再生水泵房面积小，自重满足抗浮要求，需换填土层厚度薄，底板为整体混凝土结构，根据以上特点选择毛石混凝土换填。

3 结语

本文以青岛市某污水处理厂升级改造工程为例浅谈地基基础设计及地基处理在工程案例中的应用，简单介绍了抗浮锚杆、钻孔灌注桩、毛石混凝土换填等地基处理方式在实际工程中的应用。