大型污水處理池的沉降控制復合樁基設計探究★

付 灝 李化明 孟祥華

(佳木斯大學建筑工程學院，黑龍江佳木斯 154007)

隨著我國城市污水量的不斷增加，其中污水處理廠中的處理池，需要根據(jù)處理池的地基沉降變化，科學的選擇對應的樁基施工工藝。

1 污水處理池的概述

目前我國的污水處理池主要包括了污水沉淀池和生物過濾池，這兩種處理池在建設的過程中都是需要保證處理池的容量大、處理的效率高、水位較深，在施工建設的過程中因為該廠的特殊性，處理池占地面積非常的大，與此同時對處理池的地基施工要求比較高，而一般情況來說污水處理池的總占地面積可以達到全廠的50%以上。

在我國江西九江的地區(qū)建設大型的污水處理廠時，會受到地質環(huán)境的制約。在我國的東部部分地區(qū)地層的組織物基本上都是黏土和淤泥粉質黏土，這樣的地質在建造大型的污水處理池時，承載力根本不能承受巨大的應力?；旧系牡貙映休d力都在100 kPa左右，在這樣天然的地層上進行施工建設，由于地層在受到強烈的載荷之后，還會出現(xiàn)一定的沉降，因此直接采取該天然地層作為施工的地基是不可行的。為了提高施工的可行性和可靠性，我們可以在天然地基施工的過程中采取沉降控制復合樁基的方式來進行強化。

在施工的過程中通過復合樁基直接穿透天然地基，進入到深層的地層當中，并且樁基和天然地層之間的摩擦力，都可以很好的分擔上部建筑物的實際載荷，通過這樣的施工建設可以有效的控制該天然地基的沉降量，不僅有效的提高了工程的施工效率和企業(yè)的經濟效益，并且給我國的沉降控制復合樁基應用提供了更多工程數(shù)據(jù)和參考資料［1］。

2 該工程的設計方案研究

2.1 基本方案

本文介紹該工程的污水處理池在設計方案中將地基的平均載荷壓力控制在68 kPa，雖然該水池地基的載荷壓力比較小，但是由于該地區(qū)的地質環(huán)境影響，還是不能達到該工程地基施工的壓力要求，實際天然的地基載荷力只能達到38 kPa左右，雖然說該天然地基的壓力載荷量也不是很小，但是由于該地層主要是由黏土和淤泥層黏土組成的，在受到建筑載荷的時候，整體的沉降量對整個工程來說影響還是比較大的。為了有效的提高該工程地基施工方案的可行性和可靠性，采取沉降控制復合樁基的施工，不僅很好的解決了淤泥黏土的沉降問題，并且該地層的實際載荷應力值，也可以達到工程施工的標準要求。

2.2 樁基的設計

在沉降控制復合樁基的設計方案中對樁基的選擇是非常嚴格的，該大型污水處理廠的地基施工方案中，要選取制作工藝非常成熟的鋼筋混凝土預制基樁。由于在設計的時候考慮到該天然地基的黏土層非常的厚，普通的樁基根本無法直接穿透天然地層中的黏土層，這樣就會嚴重的影響到樁基的實際使用效果。因此在設計樁基的時候，不僅對樁基的質量進行了考慮，并且還對樁基的長度進行了考量。為了避免在實際使用的過程中單個樁基的承載力不能達到設計的要求，因此根據(jù)該污水處理池的設計要求，改變了樁基表面的摩擦力，最終將該樁基的長度定為13.5 m。在實際的施工過程中為了避免樁基在穿透軟土層的時候發(fā)生樁基斷裂的情況，從而嚴重的影響到施工的進度，因此最終將該樁基的橫截面設計為250 mm×250 mm的規(guī)格，從而有效的保障樁基施工的質量和效率［2］。

2.3 承載面積的設計

在該工程的處理池面積底板設計的時候，根據(jù)該污水池的工作內容已經對處理池的底板進行了面積和現(xiàn)狀的確定，而該污水處理池的底板承載臺就是鋼筋混凝土澆筑的整體底板結構。

2.4 樁基的分布設計

在沉降控制復合樁基的方案設計中重要的一項工作就是，樁基位置的分布，本工程在樁基的位置安排設計時利用矩形布樁的方案。在布樁的過程中為了有效的提高施工的質量，所有的樁基在沉降控制范圍內可以保障在相同的作業(yè)面，有關的工作人員需要將實際布樁的數(shù)量和樁基沉降的變化量，之間的線性關系進行統(tǒng)計求解。

根據(jù)我國沉降控制復合樁基施工的標準，第一步就是計算出該污水處理池在建成運營后，在自身的載荷和水電載荷綜合之后，對總樁基(K)的載荷壓力是多大，以及將載荷力分配到單個樁基的時候，單個樁基需要承載的壓力是多大。在計算出單個樁基的載荷壓力后，根據(jù)公式計算出該單個樁基在運營的過程中會出現(xiàn)多大的沉降量(S1)，在計算出單個樁基的沉降量之后，需要計算出總樁基1/3的樁基沉降量(S2)［3］。

在所有的數(shù)據(jù)信息計算出之后，工作人員就可以根據(jù)計算的數(shù)據(jù)信息和實際的設計方案，制作出一個S—K的函數(shù)曲線，也就是說實際的樁基數(shù)據(jù)和插入到軟土層的樁基數(shù)量，與樁基上承載力和實際的沉降量會出現(xiàn)一個線性的變化，通過在計算機電腦中進行模式，工作人員得出了如圖1所示的曲線函數(shù)變化。

我們根據(jù)圖1對沉降控制復合樁基的施工方案進行深入的研究分析，圖1中的橫軸為樁基實際數(shù)量，豎軸為對應不同樁基數(shù)量的不同沉降量。從圖1中的曲線我們可以發(fā)現(xiàn)在該工程的施工過程中天然地層黏土的沉降量在達到522 mm的時候，該曲線的橫軸變化量已經變?yōu)?，說明在該階段的沉降量，沉降控制復合樁基的施工質量已經不能得到有效的保證。在圖1曲線變化中我們也可以發(fā)現(xiàn)，隨著復合樁基的總數(shù)量逐漸的下降，對應的豎軸的樁基沉降量逐漸的呈下降的趨勢。在該施工工藝的樁基數(shù)量在2 000根的時候，樁基的沉降量達到了一個最低點。之后隨著樁基數(shù)量的不斷減少，對應樁基的沉降量卻沒有發(fā)生太大的變化，并且隨著樁基數(shù)量的不斷減少，該沉降控制復合樁基的施工質量將會受到一定的影響，因此說明在施工的樁基數(shù)量達到2 000根時，對應的樁基沉降量為252 mm，并且該數(shù)據(jù)也證明了樁基的數(shù)量在一定的時候，所有的樁基都可以處于同一受力面上，很好的起到了承載污水處理池的作用。

圖1 樁基數(shù)量和樁基沉降量之間的數(shù)據(jù)關系圖

以上的數(shù)據(jù)信息是電腦的分析，在實際的施工建設的過程中沉降量在樁基的數(shù)量達到1 400根的時候，可以保障最好沉降控制范圍。并且為了有效的確保樁基之間的穩(wěn)定性，相鄰樁基之間的直線距離不能小于1.6 m。在過去的沉降控制復合樁基施工的過程中將相鄰的兩個樁基的距離設計在1 m左右，由于設計的距離較短，因此該設計方案中使用的樁基數(shù)量需要3 300根左右。由此可見在樁基之間距離進行了合理的調整之后，樁基的整體沉降量不僅得到了有效的控制，并且使用的樁基數(shù)量也減少了很多，而這些減少的樁基數(shù)量可以很好的節(jié)省工程的建設成本，并且在采取了最新的施工工藝之后，該地基的施工質量和可靠性得到了有效的提高［4］。

2.5 承載力的檢測

由于該工程采取的是矩形樁基分布的規(guī)律，因此在施工之前還需要對樁基的承載力進行計算，因為在上文中我們說到過該工程的地基設計承載力需要達到68 kPa的數(shù)據(jù)，才可以有效的保障該工程施工的整體質量。

在沉降控制復合樁基的施工過程中為了有效的控制整體樁基的沉降量，需要對樁基的單個質量和整體質量進行檢測。因為在上文中我們說到過在樁基施工的過程中由于軟土層摩擦力的影響，會導致樁基斷裂在軟土層中，因此為了確保所有的樁基都按照設計的施工標準，穿透了軟土層所有的樁基處于一個工作平面中，這時在檢測樁基承載力的時候，不僅需要對樁基的結構質量進行檢測，并且樁基之間直線距離、水平工作面和樁基的垂直度等，都需要進行一并的檢測，從而有效的提高沉降控制復合樁基施工的整體質量和工程項目的可靠性。

3 結語

在今后的大型污水處理池的建設過程中需要根據(jù)實際的施工地質情況，設計行之有效的施工方案，從而有效的提高污水處理廠的運行可靠性。