污水處理廠濕陷性黃土地基處理設(shè)計與應(yīng)用

楊 雨

(同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

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污水處理廠濕陷性黃土地基處理設(shè)計與應(yīng)用

楊 雨

(同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

介紹了目前濕陷性黃土地基常用的處理方法，分析了各處理方法的技術(shù)原理及適用范圍，并結(jié)合某污水處理廠工程實例，闡述了墊層法、強夯法和擠密法在濕陷性黃土地基處理中的施工技術(shù)，以供參考。

濕陷性黃土，地基處理，墊層法，強夯法，擠密法

我國黃土分布廣闊，主要集中分布于山西、陜西和甘肅的大部分地區(qū)，此外，東北、西北、華北等地局部也有分布。黃土在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉，稱為濕陷。濕陷性黃土非飽和、呈松散多孔結(jié)構(gòu)，天然剖面上具垂直節(jié)理，天然濕度下強度高，遇水浸濕后強度明顯降低，在附加壓力或土自重壓力下迅速失穩(wěn)產(chǎn)生大變形，對上部結(jié)構(gòu)帶來不同程度的危害，如傾斜、沉降等嚴重影響其安全和使用。因此，濕陷性黃土地基處理已成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。

1 濕陷性黃土地基的處理方法

我國規(guī)范[1]將在一定壓力作用下，濕陷系數(shù)δs≥0.015的黃土定為濕陷性黃土，包括自重濕陷性(自重濕陷量Δzs>70 mm)和非自重濕陷性(自重濕陷量Δzs≤70 mm)，濕陷等級分為Ⅰ級(輕微)～Ⅳ級(很嚴重)四級?？紤]到黃土特性、施工可行性及經(jīng)濟技術(shù)條件等各方因素，目前工程中常用的濕陷性黃土地基處理方法，主要有以下幾種。

1.1 墊層法

墊層法是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法，適用于地下水位以上、厚度1 m～3 m的濕陷性黃土。墊層法包括采用素土墊層和灰土墊層，當(dāng)僅要求消除黃土濕陷性時，宜采用素土墊層，當(dāng)同時要求提高承載力和增強水穩(wěn)性時，宜采用三七或二八灰土墊層。

1.2 強夯法

強夯法適用于處理地下水位以上、飽和度不大于60%、厚度3 m～12 m的濕陷性黃土。強夯法是將一定重量的夯錘提高到一定高度后自由落下，給地基以沖擊和振動能量，從而提高土的強度，降低壓縮性、改善土體抵抗振動液化能力以消除土的濕陷性[2]。強夯法施工時對周邊環(huán)境影響大，主要適用于周邊空曠、環(huán)境條件較好的工程。

1.3 擠密法

擠密法適用于處理地下水位以上、飽和度不大于65%、厚度3 m～15 m的濕陷性黃土。擠密法通過鉆孔、沖擊或沉管等方法[3]在土中形成樁孔，樁孔周圍土體得到擠密，再向樁孔中分層夯填素土或灰土等填充料形成樁體，徹底改變土體結(jié)構(gòu)以消除濕陷性。擠密法主要包括土擠密法和灰土擠密法兩種，與墊層法類似，當(dāng)用來消除地基土濕陷性時，宜采用素土擠密；當(dāng)用來提高地基土承載力或增強水穩(wěn)性時，宜采用灰土擠密。

1.4 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是指預(yù)先對整個場地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除土層全部自重濕陷性和深部土層外荷濕陷性。該法一般用于處理濕陷厚度大于10 m的自重濕陷性場地、濕陷性等級Ⅲ級或Ⅳ級，通?？上孛? m以下土層全部濕陷性，6 m以上土層濕陷性尚需采用其他方法予以消除。浸水后場地產(chǎn)生顯著下沉，浸水坑邊緣距離已有建筑物不宜小于50 m，故預(yù)浸水法適用于空曠的新建地區(qū)。

1.5 其他方法

如化學(xué)加固法，有硅化加固法和堿液加固法等。

2 濕陷性黃土地基處理在污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

污水處理廠中建(筑)物對地基沉降要求較高，且地基土浸水概率較高，通常采用整片處理并消除地基土的全部濕陷性，平面處理范圍大于單體底層平面面積，超出單體外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于2 m。

考慮到正常運行時污水廠內(nèi)地基土浸水可能性較大，污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計時通常采用強夯法/擠密法/預(yù)浸水法結(jié)合灰土墊層法進行濕陷性黃土地基處理，即在已完成濕陷性處理的地基土頂、基礎(chǔ)底鋪設(shè)厚度不小于300 mm三七灰土墊層，壓實系數(shù)不小于0.97，同時基槽側(cè)向也采用灰土回填，壓實系數(shù)不小于0.93，基底及基側(cè)回填灰土整體作為隔水層起防護作用。

3 工程設(shè)計實例

下面分別以已、在建兩座污水處理廠為例，詳述墊層法、強夯法和擠密法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用。

3.1 工程實例一：銀川某污水處理廠工程一期建設(shè)項目

1)場區(qū)概況。場區(qū)位于銀川平原中部，原為荒漠丘陵地貌，上部土層多為風(fēng)積形成，該區(qū)常年降雨稀少。根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露，場區(qū)土層由上至下依次為：①素填土、①1雜填土、②粉細砂、③黃土狀粉土、④角礫、④1粉土、④2粉細砂、⑤泥質(zhì)砂巖、⑤1砂礫巖，其中：②粉細砂和③黃土狀粉土均具濕陷性，整個場區(qū)均有分布，深度約5 m～10 m，濕陷系數(shù)δs=0.015～0.124，計算總濕陷量Δs=25.3 mm～338.3 mm，自重濕陷系數(shù)σzs=0.023，計算自重濕陷量Δzs=11.5 mm，經(jīng)綜合判定，整個場區(qū)為非自重濕陷性，濕陷等級Ⅰ 級～Ⅱ 級。

2)地基處理措施。場區(qū)周邊環(huán)境開闊，附近無影響建(構(gòu))筑物，結(jié)合濕陷性黃土厚度5 m～10 m，經(jīng)分析，采用整場強夯法+單體灰土墊層法以消除濕陷性。

強夯單擊夯擊能選用8 000 kN·m，有效處理厚度不小于10 m。正式施工前，應(yīng)先選擇有代表性地段進行試夯。強夯時土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%，因場地淺層土平均含水量遠小于10%，施工中需采用增濕等處理措施。夯擊2遍～3遍，最后再以低能量落距4 m～6 m整場滿夯2遍～3遍，以保證基礎(chǔ)持力層承載性能和處理均勻性滿足要求。整場強夯結(jié)束30 d左右，采用靜載荷試驗進行測定，處理后地基承載力特征值應(yīng)不小于160 kPa。

根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，強夯完成后應(yīng)對各建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)下鋪設(shè)不小于1 m厚三七灰土墊層，平面范圍超出單體基礎(chǔ)外邊緣寬度每邊不小于2 m，需在填料為最優(yōu)或接近最優(yōu)含水量下分層鋪填，每層厚度取200 mm～300 mm，逐層碾壓，壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.97。分層檢驗墊層施工質(zhì)量，每層壓實系數(shù)滿足要求后鋪填上層土。三七灰土墊層的地基承載力特征值應(yīng)不小于160 kPa。

場區(qū)經(jīng)過上述處理后，經(jīng)檢驗已消除地基土的全部濕陷性，且地基承載力滿足要求。該工程已于兩年前完成施工并投產(chǎn)使用，實際運行效果良好。

3.2 工程實例二：陜西某污水處理廠工程二期建設(shè)項目

1)場區(qū)概況。位于一期污水廠內(nèi)，為二期擴建項目。場地地形較平坦，根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露，由地表至勘探深度范圍內(nèi)依次可劃分為：①素填土、①-1雜填土、②黃土狀土、③1黃土、④2黃土、⑤古土壤、⑥粉質(zhì)黏土、⑦含礫中砂，其中：②黃土狀土和③1黃土具濕陷性，整個場區(qū)土層分布較為均勻，濕陷深度6.6 m～8.4 m，計算自重濕陷量Δzs=16.2 mm～90.6 mm，計算濕陷量Δs=250.1 mm～467.4 mm，部分區(qū)域為自重濕陷性，其他區(qū)域為非自重濕陷性，濕陷等級均為Ⅱ級。

2)地基處理措施。位于一期污水廠內(nèi)、距已建建(構(gòu))筑物較近，強夯法和預(yù)浸水法均不適用。綜合基礎(chǔ)埋深、濕陷土層厚度、施工條件等因素，采用墊層法或擠密法對各單體進行處理，處理后的地基承載力特征值應(yīng)不小于150 kPa。

各單體地基處理的平面面積應(yīng)大于基礎(chǔ)或建筑物底層平面面積，超出單體外墻基礎(chǔ)底面或池體底板邊緣寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，且不應(yīng)小于2 m。具體設(shè)計如下：

1)活性炭濾池，底板位于③1黃土和④2黃土層交界面附近，采用墊層法，基坑將①素填土、①-1雜填土、②黃土狀土、③1黃土層全部挖除至④2黃土層，三七灰土分層回填至基底設(shè)計標(biāo)高，回填高度不超過1 m。三七灰土墊層具體做法同工程實例一，此處不再贅述。

2)澄清池，底板呈半球狀，底部絕對標(biāo)高394.45 m～399.90 m，③1黃土層底絕對標(biāo)高約392.00 m，考慮到施工可行性，采用擠密法與墊層法相結(jié)合進行地基處理。施工時，基坑將①素填土、①-1雜填土、②黃土狀土全部挖除至③1黃土層，素土夯實回填至絕對標(biāo)高397.95 m，采用沉管素土擠密樁法對標(biāo)高392.00 m～397.95 m范圍處理，標(biāo)高397.95 m至底板底標(biāo)高397.95 m～399.90 m部分采用三七灰土墊層。

3)除活性炭濾池、澄清池，污水廠內(nèi)其他單體均采用沉管素土擠密樁法。施工時，基坑將①素填土、①-1雜填土、②黃土狀土全部挖除至③1黃土層，采用素土夯實回填至設(shè)計標(biāo)高。因整場土層均勻分布，③1黃土層底標(biāo)高約392.00 m，基底設(shè)計標(biāo)高至392.00 m范圍采用沉管素土擠密樁法，擠密樁長3 m～8 m。

沉管素土擠密樁樁孔直徑450 mm，樁位按正三角形布置，樁間距800 mm，樁端絕對標(biāo)高392.00 m?？椎自谔盍锨氨仨毢粚?。孔內(nèi)填料應(yīng)分層回填夯實，平均壓實系數(shù)不應(yīng)低于0.97，壓實系數(shù)最小值不應(yīng)低于0.93。樁間土平均擠密系數(shù)不應(yīng)低于0.93，最小擠密系數(shù)不應(yīng)低于0.88。

沉管素土擠密樁樁頂設(shè)置500 mm厚三七灰土褥墊層，平面范圍同擠密樁，壓實系數(shù)不應(yīng)低于0.95。

施工前，每個單體應(yīng)進行不少于3根擠密樁的夯填試驗，并確定合理填料數(shù)量及夯擊能量等參數(shù)，樁間土擠密質(zhì)量試驗不少于2組。

該工程目前正處于施工階段，其中活性炭濾池、二沉池、水解酸化池及加藥間四個單體地基處理已完成，經(jīng)檢測，地基濕陷性已消除，且地基承載力均達到設(shè)計要求。

4 結(jié)語

在濕陷性黃土地區(qū)進行污水處理廠設(shè)計時，地基處理已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。本文介紹了工程中常見的濕陷性地基處理措施，并對其工作原理和適用性進行說明。結(jié)合兩工程實例，詳述了墊層法、強夯法和擠密法的工程應(yīng)用。實際設(shè)計時，具體濕陷性地基處理方案的選取需根據(jù)各種影響因素進行綜合判定，并應(yīng)充分考慮到當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，正式施工前需對擬定措施進行試驗以確定其可行性。

[1] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[2] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] DBJ 61—2—2006，擠密樁法處理地基技術(shù)規(guī)程[S].

The design and application of collapsible loess foundation treatment in sewage treatment plant

Yang Yu

(TongjiUniversityArchitecturalDesign(Group)Co.,Ltd,Shanghai200092,China)

This paper introduced the current commonly used treatment methods of collapsible loess foundation, analyzed the technical principle and application scope of each process method, and combining with the engineering example of a sewage treatment plant, elaborated the construction technology of cushion method, dynamic compaction method and compaction method in collapsible loess foundation treatment, for reference.

collapsible loess, foundation treatment, cushion method, dynamic compaction method, compaction method

1009-6825(2017)06-0087-03

2016-12-13

楊 雨(1982- )，女，工程師

TU475.3

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