大型污水处理池的沉降控制复合桩基设计分析

张棋

摘要：本文以某省污水厂处理池为例，针对污水池占地面积过大、基底压力较小的特点。在处理污水池过程中使用沉降控制复合桩，在进行设计过程中，需要设计师计算出关于沉降与桩数之间的关系曲线，根据得出的结论确定复合桩数量，并对承重力进行检查。沉降控制复合桩基与普通的基础桩基相比，成本偏低会偏低，在工程中合理地运用桩基不仅能够保证结构的安全，还能减少工程造价。

关键词：污水池;沉降控制;复合桩基

近年来，化工行业由各种原因引发的污染物泄露导致周边地下水环境污染，给环境安全造成了严重威胁。由于化工项目中各类污水池对周边地下水有较大的污染风险，且地下水污染后治理难度大、时间长、费用高。所以对化工项目中污水池的设置尤为重要。对于大型污水处理厂而言，它的任务主要是处理水中的构建物，例如生化物池、沉淀池，设计师需要设计面积过大，基地压力偏小特点的池子，建立污水处理池时，需要事先测量好全厂的面积，污水处理池约占全厂地基面积的三分之一或二分之一。对于沿海地区而言，建立污水处理池时，地基大多为粉质黏土及淤泥质粉质黏土层，此种黏土大多承载力较低，由于水池底部地质松软，无法承受水池蓄水时的重量所产生的压力，大多在90 kPa之内，原有的地基和现在需要设计需污水处理池的地基承载力不会相差太多，但是这种地基的土质往往很容易进行压缩性，沉降幅度偏大，没有办法符合工程的需求。对于本次工程而言，沉降控制复合桩经过设计穿过软土层，进入符合设计的土层进行安装复合桩。基层桩与桩之间能够一起对上方的压力进行承担，可以大幅度地减少水池的沉降速度，并且减少工程资金。笔者以某水池处理厂生化池为例，对其进行设计分析。

一、污水处理池的概述

我国现有的污水处理池主要有以下两种，第一种是污水沉淀池，第二种是生物过滤池，这两种处理池在设计过程中需要保证占地面积大、容量大、污水处理效率高、水位比较深等特点。在进行施工设计过程中，本厂具有很大的特殊性，处理池的面积很大，因此对于处理池地基施工要求相对会高。大部分污水处理池的占地面积都是整场的一半左右，文章中的污水处理池设计因为地理位置的原因，会对建设污水池造成影响。因本厂所处的地区基本地层的承载力都在90 kPa之内，在这种天然的基底层进行施工时，地面会受到强烈的承载力，并且会出现沉降。所以，不能直接对地层进行施工，为了提升工程的质量与合理性，施工过程中可以使用沉降控制复合桩基，以此来减少工程中存在的问题。

二、工程的设计方案研究

（一）基本方案

本篇文章中的污水处理工程设计是将地基的平均载荷压力控制在90 kPa，虽然地基的载荷能力较差，但是因为地区及环境的影响不能达到工程的施工标准，地基的实际承载能力在40 kPa左右，40 kPa对于天然地基的承载力来讲并不是很小，但是由于该地层的主要组成部分为粉质黏土及淤泥质粉质粘，在建筑上方有一定负荷压力时整体的沉降会大幅度往下降，会对工程造成一定的影响，为了对该工程的质量及方案进行提升，需要采取沉降控制复合桩基的施工，不仅能够很好地解决基层沉降问题，还能使实际承载力满足工程的标准。

（二）桩基的设计

工程一旦将复合桩基使用在工程中，对于桩基的选择时需要十分重视。在大型污水处理厂的施工过程中，对于预制桩基的建设时，需要使用钢筋混凝土技术。在進行方案设计时，首先应该想到地基的土层并不薄，普通的桩基根本无法直接进入。地层过厚主要会很严重影响到地砖的使用效果，所以，在进行设计过程中不仅需要对桩基的质量进行考虑，还需要对桩基的长度进行考量。工程在桩基实际使用过程中，如果桩基的承载力不能达到要求，就必须对桩基表面的摩擦力进行更改，而桩基最终的长度大概在13.5米，在进行工程的设计时，为了避免桩基在贯穿软土的时候发生桩基断裂的情况，从而对施工的时间造成影响，所以桩基的横截面应该是250mm乘以250mm，确保桩基在施工过程中的质量与效率。

（三）承载面积的设计

大型污水处理池在建设过程中必不可少的就是积底板设计，在对污水池进行建设过程中，必须对污水池底板的面积进行测量，并根据实际情况进行具体分析，本文中的污水处理池底板的承载台属于钢筋混凝土建筑的底板。

（四）桩基的分布设计

在进行沉降控制复合桩基方案设计中，最主要的就是桩基位置的分布设计，本工程对桩基的位置以矩形的方式进行排列，不仅能够大幅度提升工程质量，还能保证在约定时间内完成工作，提升工作效率。按照我国桩基的施工标准，首先需要计算出污水处理池在建设成功后自身的载荷和水电载荷能力，并对其进行公式运算，计算出所有基桩的承载力，以及各个基桩的承载力是多少，计算结果出现后根据所得数据计算出总基桩的沉降量，并设计专业的工程方案，制作出专业的函数曲线表格，在电脑中进行设计规划，如果图纸上的横轴变化量为0，证明工程质量已经得不到保证。

（五）承载力的检测

本工程主要使用的是矩形桩基分布的规律，所以，在工程开工之前，相关工作人员需要对桩基的承载能力展开计算，在上文中提出地基承载力需要达到90 kPa的数据，工程质量才能得到保障。

在进行施工过程中，最主要的就是复合桩基沉降度的控制，在对复合桩基的沉降量进行控制时，首先需要对每个桩基的质量进行检测，保证质量不会存在任何问题。在文章中说复合桩基在进行使用时，由于底层土质的摩擦力会影响桩基的安装，极易使桩基断裂在软土层中，所以为了保证所有桩基都能按照施工标准完成，桩基在穿透软土层，所有的桩基必须处于一个平面当中。对桩基承载力进行检测时，不仅需要对桩基的质量进行检查，还需检查桩基之间的距离是否平均，以及桩基的垂直度、直线距离、水平工作面等进行检查，确保桩基能够在废水池的建设中发挥作用。

三、沉降控制复合桩基的基本理论

沉降控制复合桩基对于我国而言，在20世纪80年代才刚刚开始应用于工程之中，我国各地区只有上海对其应用较为成熟，并最早的将沉降控制复合桩基应用在工程中，目前的《建筑地基基础设计规范》及《建筑桩基技术规范》也对桩基使用进行了相关规定。

四、沉降控制复合桩基的适用范围

这种桩基属于特定条件下可使用类型，处于天然地基浅基础、常规桩基础间的一种。采用这种桩基前提，是当天然地基浅基础能将总荷载基本承受，桩体作用就是控制沉降，建筑物本身会有一定沉降量，且桩体处于承载力极限标准，已经有一定刺入变形桩体。分析该桩基持力层范围时，分析对象是上海市地基基础规范，要求桩端必须穿过高压缩性淤泥质土层，并进入压缩性要控制在较低水平，土层不能过分坚硬。这种要求主要是因为高压缩性土层时，桩基承载力较高，并不能将沉降有效控制;另外，持力层岩土过分坚硬时，桩基有较好承载力、较小沉降量，但无法实现沉降、刺入等变形，导致承台、筏板下土反力很难提高，无法实现桩土共同作用，控制沉降目标难以实现。这种桩基对建筑物重量较低时适用性很好，一般会选择20层以下建筑物，在桩端位置进行压缩性控制时，基本是选择具有一定硬度但并不十分坚硬的涂层，可直接采用天然地基承载力来提高桩基支撑能力。

五、结语

随着中国经济的持续增长。工程技术的发展也保证了工程的质量。然而，在一些工程中，复合桩基的沉降控制做得不好，直接影响到施工质量。因此，如何优化沉降控制复合桩基的设计成为施工人员需要解决的问题。在工程中对沉降控制复合基桩进行合理使用，不仅能够对沉降度进行科学的控制，還能提升整体工程的安全性，减少资金的投入。对于土质深厚软土地区，能够对本文进行参考，为沉降控制复合桩基奠定基础。

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（作者单位：中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院）