唐曉虎

（青島市團島污水處理廠，山東 青島 266002）

0 引言

地基基礎(chǔ)是工程建設(shè)的重要組成部分，其造價、工期和勞動消耗量均占工程建設(shè)的較大比重?；A(chǔ)施工耗費人力大、工期長，甚至阻礙了整個工程建設(shè)的進度，影響了工程投資效益。地基基礎(chǔ)屬于地下隱蔽工程，一旦發(fā)生事故在損失巨大的同時補救也十分困難。因此基礎(chǔ)設(shè)計工作是工程建設(shè)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，科學(xué)合理地選擇地基基礎(chǔ)類型是降低建設(shè)造價，保證結(jié)構(gòu)安全的重要組成部分。

1 地基處理目的

地基基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察資料，綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、材料情況與施工條件等因素精心設(shè)計，以做到技術(shù)安全可靠、造價經(jīng)濟合理、環(huán)境環(huán)保、因地制宜。地基要有足夠的承載力，地基的變形要在建（構(gòu)）筑物允許承受的范圍內(nèi)，當天然地基不能滿足以上要求時，需要對天然地基進行處理，形成人工地基，以滿足建（構(gòu)）筑物對地基的要求，保證其安全與正常使用。此外，當建（構(gòu)）筑物存在抗浮的問題時，也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。本文以青島市某污水處理廠升級改造工程為例淺談地基基礎(chǔ)設(shè)計及地基處理在工程案例中的應(yīng)用。

2 工程案例

該污水處理廠為滿足排水標準由一級B提高至一級A[依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）]而進行的升級改造工程。改造項目包含了超細格柵、反硝化濾池、綜合設(shè)備間、硝化生物濾池、濾布濾池及紫外線消毒池、污泥水處理系統(tǒng)、鼓風(fēng)機房及變配電所、濃縮機及儲泥池、污水源泵房及再生水泵房等新建建（構(gòu)）筑物。為滿足污水處理工藝的需要，各建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)形式、埋置深度等各不相同，同時該污水處理廠的場地條件比較復(fù)雜，因此采用的基礎(chǔ)形式也不相同。本文僅介紹硝化生物濾池、格柵間、污水源熱泵房及再生水泵房三個具有代表性的建（構(gòu)）筑物，其因地質(zhì)條件、功能需要等不同而采用不同的地基處理形式。

2.1 工程地質(zhì)條件

該污水處理廠的工程地質(zhì)條件依據(jù)巖土工程勘察報告（詳勘勘察）進行。場地地質(zhì)資料摘錄如下。

2.1.1 第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）

（1）第①層：雜填土。該層廣泛分布于整個場區(qū)，回填時間約10～20年，土黃、雜色，稍濕至濕，松散至稍密，粒度成分和物質(zhì)成分均較復(fù)雜，由大塊碎石、建筑垃圾、生活垃圾、砂土、黏性土等組成。

（2）第①1層：素填土。褐色，稍濕，松散；以回填松散砂土為主，夾碎石塊。

以上兩層回填時間較短、成分復(fù)雜、強度低，且極不均勻、變異性大、工程性狀不穩(wěn)定，未經(jīng)處理不宜作為基礎(chǔ)持力層使用。

2.1.2 第四系全新統(tǒng)海相層（Q4m）

第⑧層：粗礫砂。褐黃色，中密至密實，很濕至飽和；見有貝殼，混大量碎卵石及塊石，成分及密實程度不均。

2.1.3 基巖

工程場區(qū)位于中生界燕山晚期侵入的巨大花崗巖巖基之上，形成穩(wěn)固的基底。

2.1.3.1 粗粒花崗巖[Y53（C）]

廣泛分布于場區(qū)。

（1）第16層：粗粒花崗巖強風(fēng)化帶。褐黃至肉紅色，巖石風(fēng)化強烈，組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞，礦物蝕變較顯著，部分長石已稍具高嶺土化，沿節(jié)理面見大量褐鐵礦染，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，手搓呈砂土至角礫狀，合金鉆頭干鉆可進尺。

根據(jù)巖石堅硬程度等級及巖體完整程度的分類標準判定，該帶巖石為極軟巖，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量級別為Ⅴ級。

（2）第163層：構(gòu)造破碎帶。黃褐色，多呈散體狀結(jié)構(gòu)，受構(gòu)造動力作用影響，礦物蝕變強烈，節(jié)理密集發(fā)育；巖芯極破碎，多呈角礫狀，部分呈碎塊狀，手搓呈粗砂狀。

（3）第17層：粗?；◢弾r中等風(fēng)化帶。淺肉紅至肉紅色，巖石組織結(jié)構(gòu)部分破壞，礦物蝕變中等，巖體構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，巖芯呈碎塊至短柱狀，敲擊聲啞，錘擊可碎。

（4）第18層：粗?；◢弾r微風(fēng)化帶。巖芯呈塊至柱狀，敲擊聲脆，錘擊不易碎。

該層地基承載力特征值fa=4 000～4 500 kPa，彈性模量 E=20×103～25×103M Pa。

根據(jù)巖石堅硬程度等級及巖體完整程度的分類標準判定，該帶巖石為較硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級。

2.1.3.2 煌斑巖（X53）

斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分以斜長石、角閃石、黑云母等暗色礦物為主，易風(fēng)化的暗色礦物含量較高。

（1）第171層：煌斑巖強風(fēng)化帶。淺黃至灰綠色，礦物蝕變中等，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面粗糙伴褐色礦染，巖芯破碎成碎塊狀，塊徑3～8 cm，錘擊聲悶易碎，遇水易軟化。

（2）第181層：煌斑巖微風(fēng)化帶?；揖G色，巖石組織結(jié)構(gòu)基本未變，礦物蝕變輕微，節(jié)理較發(fā)育，多呈閉合及半閉合狀，節(jié)理面有銹色礦染，節(jié)理面多數(shù)閉合，數(shù)條微張，貫通性好。巖芯呈塊狀至短柱狀，敲擊聲脆，金剛石鉆進較困難。

2.1.3.3 中?；◢弾r[53（Z）]

（1）第172層：中?；◢弾r中等風(fēng)化帶。肉紅色，巖石結(jié)構(gòu)部分破壞，礦物蝕變輕微，沿節(jié)理面礦物稍有變色，并有多量鐵錳礦染。構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，巖芯呈碎塊狀。節(jié)理面平直光滑，貫通性好。巖石較堅硬，錘擊聲脆可碎。

（2）第182層：中?；◢弾r微風(fēng)化帶。肉紅色，巖石組織結(jié)構(gòu)基本未變，礦物蝕變?nèi)?，?jié)理發(fā)育且不規(guī)則，節(jié)理面平坦，局部伴褐色礦染。巖芯破碎呈塊狀，夾有少量短柱狀巖芯，敲擊聲脆，金剛石鉆進較困難。

各巖土層主要物理力學(xué)指標及相關(guān)參數(shù)見表1。根據(jù)地質(zhì)資料，天然地基承載力高、變形小，滿足新建（構(gòu)）筑物。

表1 各巖土層主要物理力學(xué)指標及相關(guān)參數(shù)

2.2 工程案例分析

該污水處理廠自然地坪與設(shè)計地坪均為5.000 m（本文中的高程均為黃海高程）；設(shè)計抗浮水位地下0.5 m，黃海高程4.5 m，地下水容重10 kN/m3。

反硝化生物濾池底板長76.95 m，寬36.5 m，基礎(chǔ)埋深9.05 m；底板下底面標高-4.05 m。地下水浮力8.55×10=85.5（kN/m2）。濾池敞口無頂板，因排水工藝需要下層設(shè)置兩層板，下層底板設(shè)計厚度0.65 m，上層板設(shè)計厚度0.65 m，板與板之間柱子支撐，為板柱結(jié)構(gòu)。濾池自重抗浮壓力1.3×25=32.5（kN/m2）。根據(jù)地勘報告，濾池底板下自然基礎(chǔ)為18層微風(fēng)化粗?；◢弾r，該層基巖頂標高-1.58 m，地基承載力特征值4 000 kPa，較硬巖。自然基礎(chǔ)的承載能力及變形均滿足構(gòu)筑物需要。但是因地下水位比較高，地下水浮力大，濾池自重?zé)o法滿足抗浮的需要。

解決構(gòu)筑物抗浮的方法有很多：

（1）壓重法。對埋入地下水位以下的大面積敞開式構(gòu)筑物，必須考慮空池時的構(gòu)筑物抗浮問題。為了滿足抗浮要求，通常優(yōu)先采用壓重法，即采用增加水池深度，在底板上填充素混凝土或塊石混凝土，或在底板下設(shè)置“混凝土+拉結(jié)錨筋”吊重來滿足抗浮要求。反硝化生物濾池為埋深較深的敞口水池，增加底板深度，此法將大大增加基坑支護的費用，同時基巖為較硬的粗粒花崗巖，基礎(chǔ)開挖難度很大。

（2）底板下設(shè)置抗拔樁或抗拔錨桿。利用樁或錨桿與土的擠壓產(chǎn)生的摩擦力來承受底板上所受的浮托力。預(yù)制樁施工速度快，質(zhì)量容易保證，但是不易穿透較硬的巖基；鉆孔灌注樁抗浮機理同預(yù)制樁，不同之處在于該法是在現(xiàn)場成樁，造價與預(yù)制樁相當，但其成樁質(zhì)量不如預(yù)制樁穩(wěn)定，大面積灌注樁造價成本較高；抗浮錨桿適用于巖石基礎(chǔ)，錨桿與巖石的摩擦力能很好地達到抗浮要求。

（3）盲溝系統(tǒng)＋卸壓閥法。當水池處于運營狀態(tài)時，水池通過自重及池內(nèi)水重達到抗浮要求。而當空池不滿足抗浮要求時采用卸壓閥系統(tǒng)可使作用于底板上的浮托力得到釋放，從而達到抗浮要求。該法一般適用于不經(jīng)常要放空的水池，其優(yōu)點是造價較低，但是對于大型水池，其長期使用的可靠性尚有待考驗。

根據(jù)以上比較，反硝化生物濾池在天然基礎(chǔ)上進行抗浮錨桿地基處理，以達到抗浮設(shè)計。

格柵間為格柵井服務(wù)的建筑物。該工程的格柵間內(nèi)有格柵井，已有格柵井和新建格柵井，新建格柵井長17.410 m，寬5.6 m，埋深7.5 m，頂板露出地面0.3 m，底板下地面標高-2.50 m，已有格柵井尺寸與新建格柵井相近。格柵間為外罩在兩座格柵井上，格柵間長18.5 m，寬18.31 m，單層框架結(jié)構(gòu)。格柵間設(shè)有電動葫蘆起吊設(shè)備，為滿足沉降變形的需要，選擇天然地基18層微風(fēng)化粗粒花崗巖作為基礎(chǔ)持力巖層。該基層頂標高-1.58 m，距離地面接近7 m。格柵間基礎(chǔ)落到天然基礎(chǔ)上的方式有兩種：一是將框架柱子向下延伸到巖基，采用獨立基礎(chǔ)。因新老格柵井四周地下布滿管線和井，部分獨立基礎(chǔ)與周邊管線相碰，且基礎(chǔ)開挖深度大，場地不具備放坡開挖條件，基坑必須采取垂直支護措施，周邊已建管線還需保護，施工不方便、造價高。二是采用承臺樁基礎(chǔ)，承臺頂標高設(shè)置在4.000 m，樁基礎(chǔ)穿入巖層，承臺平面尺寸較獨立基礎(chǔ)小，可有效避免與格柵井四周管線相碰。樁端持力層為較硬微風(fēng)化巖基，選用鉆孔灌注樁作為支承樁，施工操作面小、噪聲小，對周邊建筑物及管線無擾動影響。

污水源熱泵房及再生水泵房為合建構(gòu)筑物，構(gòu)筑物長23.3 m，寬8.24 m。泵房埋深分為兩部分：水池部分長9.5 m，埋深5.25 m，底板下底面標高-0.25 m；泵房部分長14.3 m，埋深3.6 m，底板下底面標高1.40 m。構(gòu)筑物下部為地下式混凝土結(jié)構(gòu)，高出設(shè)計地坪0.3 m，上部為框架結(jié)構(gòu)的建筑物，層高5.1m。根據(jù)地勘報告，持力層頂標高-0.87 m，為16層強風(fēng)化粗?；◢弾r，花崗巖上部為一層人工填土，無法作為持力層，需進行換填處理。水池部分距離持力層0.62 m，泵房部分距離持力層2.27 m，如果采用中粗砂或級配沙石無法滿足沉降變形的需要。污水源熱泵房及再生水泵房面積小，自重滿足抗浮要求，需換填土層厚度薄，底板為整體混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上特點選擇毛石混凝土換填。

3 結(jié)語

本文以青島市某污水處理廠升級改造工程為例淺談地基基礎(chǔ)設(shè)計及地基處理在工程案例中的應(yīng)用，簡單介紹了抗浮錨桿、鉆孔灌注樁、毛石混凝土換填等地基處理方式在實際工程中的應(yīng)用。