郝玉東

（河北建投水務投資有限公司，河北 石家莊 050000）

1 項目背景

近年來，隨著城市城區(qū)的建設發(fā)展，有許多工業(yè)企業(yè)入駐城區(qū)，這些企業(yè)大多使用自備井，且管理混亂，浪費現(xiàn)象嚴重，不利于水資源的統(tǒng)一管理，淡水資源不足和供水設施不完善的狀況，已制約了城區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展步伐，作為城市“生命線”的擬建供水水廠項目，作為城市基礎設施重要項目其建設已迫在眉睫。

供水水廠位于城市世紀大道南側，安新線西側，古城大街北側，徐家莊村南。建設占地面積7.68hm2，每天可供水15 萬m3。

2 工程建設必要性及工程概況

2.1 工程建設必要性

根據(jù)城市內的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)城市內缺乏天然地表水，城市內的用水主要依靠地下水資源，用水量占全面用水量的98%，另外2%的用水主要來自城市內降水和季節(jié)性河流水。由于地下水用水程度的嚴重影響，20 世紀80 年代以來一直都是超采地下水狀態(tài)，地下水位也是逐年降低，已經(jīng)在城市中心城區(qū)形成了一個近46km2的水位下降漏斗。

結合城市目前的供水現(xiàn)狀及存在的諸多問題，建設城市供水水廠項目，既能改善城市周圍的水體環(huán)境，又能從根本上緩解城市的缺水問題。同時還可以解決水資源與城市發(fā)展、人口增長用水需求之間的矛盾，減少水資源的過度開采。

但供水水廠的建設涉及的范圍是很廣的，為了保障后期水廠的供水穩(wěn)定性，在進行供水水廠建設過程中，就必須對供水水廠的地基處理問題進行詳細的設計和加固，以防水資源的浪費。

2.2 工程概況

本工程所在場地地勢平坦，現(xiàn)狀為農林用地，自然地面標高為黃海高程35.5m，設計地坪標高為黃海高程37.5m。該供水水廠主要生產(chǎn)性構筑物包括：機械攪拌折板絮凝平流沉淀池（含配水井）1 座、浸沒式膜濾池1座、清水池2 座、吸水井及二級泵房1 座、平衡池1 座、進料泵房及脫水機房1 座；生產(chǎn)性輔助建筑物包括：綜合加藥間1 幢、變配電間及熱泵機房1 幢、機修車間及倉庫1 幢，以及綜合樓1 幢。

供水水廠場地位于滹沱河沖、洪積平原上，場地地貌類型單一，地形基本平坦，場地勘察深度范圍內地基自上而下分為7 層：①層為表土，②層到⑥層為稍有差別的粉土層，⑦層位細砂層。根據(jù)勘察資料，場地內各層土均為不液化土，在勘察深度范圍內未見地下水位，場地土、地下水對建筑材料的腐蝕等級為微腐蝕。供水水廠土層地基承載力特征值及壓縮模量如表1 所示。

表1 各土層地基承載力特征值及壓縮模量

3 地基處理方案

本工程主要的水處理構筑物對不均勻沉降控制要求比較高，在選擇地基處理方案時，要同時考慮承載力和變形兩個方面的要求。根據(jù)工藝布置，主要構筑物的底板埋深及持力土層見下表2 所示。

表2 主要構筑物的底板埋深及持力土層

從表中可以看出，沉淀池、平衡池等埋深淺，基礎底板無法落于老土上，該土層的地基承載力較小，不能滿足正常使用要求，需要采取措施對地基進行加固。

膜濾池為疊合水池，基底附加應力大，而鄰近提升泵房基底附加壓力小，兩者之間的不均勻沉降差較大，為避免連接部位的橡膠止水帶拉開，也需采取地基處理措施。

根據(jù)地質條件以及對當?shù)貙嶋H情況的了解，本次設計方案主要對換填法、夯實水泥土樁兩種方式進行比選。

3.1 地基加固方法

3.1.1 換填法

換填法施工簡單，主要是將地面以下部分軟弱土層進行挖除，用穩(wěn)定性好、強度高、具有抗侵蝕性能的材料進行分層替換原狀土，同時采用人工或機械對分層換填的材料進行壓密、夯實，從而形成具有高承載力的人工地基。根據(jù)使用的換填材料性能的異同，墊層類型較多如砂墊層、卵石墊層、碎石墊層、灰土墊層等，這些墊層均具有穩(wěn)定性好、強度高等優(yōu)點[1]。

在淺層地基處理條件下應用換填法較多，適用的地質條件多為淤泥地質、淤泥質土、較為松散的素填土或雜填土等，同時在低洼地區(qū)、暗溝或暗塘區(qū)域也應用換填法[2]。

通過替換的墊層與原工程地質相比，優(yōu)點眾多如抗變形能力強、承載能力高等。換填法的處理深度一般不超過3m，否則壓實施工質量難以保證，而且分層壓實施工周期較長，同時較大的換填厚度會導致基坑開挖深度加大，增加施工難度和費用[3-4]。

3.1.2 夯實水泥土樁

夯實水泥土樁在北京、河北等地下水位較深的北方城市地區(qū)應用較為廣泛，這種加固地基的方法可以原狀土充分結合形成復合地基。其特點是施工簡單、地基承載能力提高明顯、施工質量容易控制、施工成本低、速度快，具有明顯社會及經(jīng)濟效益，在我國北方地區(qū)這種地基加固方法已經(jīng)被重點推廣。

夯實水泥土樁施工過程相對簡單，先在地面以下通過人工或機械成孔，同時選用單一或者水泥配比的雙漿液材料，按一定厚度向孔內回填并夯實。夯實水泥土樁施工完成后可形成中等黏結強度樁，通常用于常見的淤泥質土、粉土、素或雜填土等地基的加固，當?shù)叵滤惠^高時，可通過井點降水對地層地下水進行降低，然后繼續(xù)采用夯實水泥土樁加固地基也是非常有效的手段之一[5]。

夯實水泥土樁的作用機制是通過兩個方面作用提高地基承載力的，一種作用是夯實水泥土樁在樁夯實過程中對周圍的土體進行擠壓，一種作用是原狀土與水泥等材料結合后能夠產(chǎn)生一系列物理化學的離子交換反應，從而使得地基承載力提高，并且具有水硬性。在經(jīng)過上述作用機制作用后，加固的復合地基抵抗變形能力和地基承載力均有不同程度提高。

綜上所述，兩種方案均有可行性。

3.2 不同單體處理方案

3.2.1 沉淀池

本單體基底壓力約為90kPa，基礎底板距離自然地坪約2m，至②層土約3m。

方案一：換填法。雜填土全部挖除至②層土，然后換填3m 厚灰土墊層，灰土墊層的邊寬超出基礎邊緣3m，經(jīng)計算，擴散至②層土頂壓力約80kPa，再疊加上回填灰土自重，墊層底面壓力約為135kPa，而②層土其承載力特征值只有110kPa，即使在經(jīng)過深度修正后的地基承載力特征值也只有125kPa，因此可以看出其承載力無法滿足要求。

方案二：夯實水泥土樁。雜填土全部挖除至②層土，然后素土回填至基底標高，壓實系數(shù)0.95，再采用直徑400mm 夯實水泥土樁加固，水泥摻量15%，樁長15m，樁間距1.5m 左右，總樁數(shù)1200 根，樁頂設300～450mm 厚砂石褥墊層。樁端持力層為④層粉土，經(jīng)計算，處理后的地基承載力可達150kPa，滿足要求。

通過上述計算分析，而且相比其他樁型，如CFG樁、預制混凝土樁等，夯實水泥土樁造價更低，因此本次方案推薦采用夯實水泥土樁進行地基加固處理。

3.2.2 平衡池

平衡池單體基底壓力較小，約80kPa，而且基礎下雜填土層厚度較薄，不足1m，因此采用換填法較為經(jīng)濟、合理。處理做法：將基礎下雜填土全部挖除至②層土，再換填三七灰土，并分層壓實，壓實系數(shù)取0.95。

3.2.3 膜濾池及提升泵房

膜濾池沉降大，僅需對其進行地基處理，由于其埋深已經(jīng)較大，如果采用灰土換填，會導致基坑開挖深度進一步加大，增加施工難度和費用，而且換填厚度有限，對沉降控制效果不明顯，因此本次方案推薦采用夯實水泥土樁進行地基加固處理。

夯實水泥土樁直徑400mm，水泥摻量15%，樁長10m，樁間距1.5m 左右，總樁數(shù)775 根，樁頂設300mm厚砂石褥墊層。樁端持力層為④層粉土，經(jīng)計算，處理后的地基承載力可達150kPa。

3.2.4 地面建筑物

由于本工程設計地面比現(xiàn)狀地面高約2m，屬于填土地基，考慮到下臥土層承載力較高，因此對于地面建筑物的基礎埋深適當加大，落于②層粉土，地基承載力特征值110kPa，采用柱下條形或筏形基礎可滿足要求，從而減少了地基處理費用。

4 主要構筑物結構設計

4.1 沉淀池（含配水井）

沉淀池平面尺寸為70.6m×37.2m，分成2 格，反應區(qū)凈深5m，沉淀區(qū)凈深4.2m，底板面高出設計地面0.2m，為地面式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。為避免溫度應力產(chǎn)生收縮裂縫，池體延長向設兩道變形縫，變形縫間距約為23m，縫寬30mm，內設橡膠止水帶，沿短向設一道加強帶，帶寬2000mm。

沉淀池上部設保溫房，采用下部鋼筋混凝土柱、上部輕鋼屋面的組合結構。由于跨度大，通過在中部池壁設柱，將鋼梁分為兩跨，以減小鋼梁跨度，提高結構安全度，節(jié)省造價。鋼梁采用H 型鋼，主梁型號為H800×350×10×16，屋面為輕鋼檁條+壓型鋼板。

4.2 浸沒式膜濾池

浸沒式膜濾池由膜濾池、反沖洗及鼓風機泵房、輔池輔助車間組成，總平面尺寸為60.43m×40m，膜濾池與泵房之間設30mm 寬變形縫脫開。膜濾池平面尺寸為46.7m×40m，中部為管廊下疊產(chǎn)水渠，兩側為膜池下疊排水池、中和池。膜濾池共12 格，沿管廊對稱布置，每側6 格，單格平面凈尺寸為5.1m×11.2m，凈深5.25m，下部疊合水池凈深2.4m，底板面埋深4m。管廊凈寬8m，上部凈深3.8m，下部產(chǎn)水渠凈深4.25m，底板面埋深4.35m，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，沿長、短向各設一道加強帶，帶寬2000mm。

泵房平面尺寸為13.7m×40m，凈深5.65m，底板面埋深5.35m，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，沿長向設一道加強帶，帶寬2000mm。

膜濾池上不保溫房采用下部鋼筋混凝土柱、上部輕鋼屋面的組合結構，設5t 電動單梁懸掛式起重機一部，鋼梁采用H 型鋼，主梁型號為H800×350×10×16，屋面為輕鋼檁條+壓型鋼板。

4.3 平衡池、清水池

平衡池平面尺寸為17.25m×8.7m，分成2 格，凈深4.8m，底板面埋深2m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。

清水池為2 格水池，平面尺寸為71.23m×40.6m，凈深4.8m，底板面埋深4.8m，為全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土無梁樓蓋結構，池內設磚砌導流墻。為避免溫度應力產(chǎn)生收縮裂縫，池體沿長向設一道變形縫，縫寬30mm，內設橡膠止水帶，縫兩側設鋼筋混凝土穿孔隔墻，沿短向設一道加強帶，帶寬2000mm。由于地下水位較低，水池抗浮采用自重＋覆土的措施。

4.4 輔助建筑

變電所及熱泵機房平面尺寸為33.1m×22m，一層鋼筋混凝土框架結構，鋼筋混凝土柱下條形基礎，埋深3m。

綜合樓平面尺寸為42.44m×16.34m，四層鋼筋混凝土框架結構，鋼筋混凝土筏板基礎，埋深3m。

機修車間及倉庫平面尺寸為25m×20m，一層鋼筋混凝土框架結構，鋼筋混凝土柱下條形基礎，埋深3m。

5 結語

根據(jù)供水水廠工程概況，提出了兩種水廠地基處理方法，通過對比分析發(fā)現(xiàn)兩種方法均可作為地基加固的措施，但對于不同單體結構下的地基則需要根據(jù)結構的自身特點，找出合適自身的地基加固方法，如沉淀池則必須采用夯實水泥土樁進行地基加固處理。最后根據(jù)加固效果對水廠主要構筑物進行了詳細的結構設計。