软基场地的污水处理方法

1场区地质概况
南方沿海某市建设处理规模为12万t/d的污水处理厂，厂区内主要构（建）筑物有粗格栅及进水泵房（圆形沉井施工）、涡流沉砂池、生化池、二次沉淀池、污泥泵房、接触消毒池及加氯间、污泥浓缩脱水车间、鼓风机房、变配电间、尾水排放泵房、综合楼、机修仓库车库等。建设场区位于江河三角洲冲积平原前缘地带，区内原为滩涂，北部地段基本回填为陆地，零星分布1～2个水浮莲池；南部地段基本为鱼塘。鱼塘开挖深1.0～1.2m，水深0.7～1.0m，场区地形起伏较大。根据岩土工程勘察揭露的情况，场区岩土层自上而下可分为7个层次，各层工程地质特征分述如下。①杂填土层：主要分布于场区北部地段，层厚0.4～3.0m，湿-饱和，强度不均匀。主要由建筑垃圾、砖块、混凝土块、三合土及细砂，表部夹生活垃圾，成分杂乱。②粘土层：成层不稳定，厚度薄，见到者厚0.3～1.2m，多数为0.4～0.6m，以软塑为主，局部呈可塑态，地基承载力特征值fak=80kPa。③淤泥、淤泥质土层：全区分布，层厚25.7～30.7m，流塑。以淤泥为主，部分层段塑态相对稍好，变为淤泥质土，压缩模量标准值Es=2.02MPa，地基承载力特征值fak=50kPa。④细砂、中砂层：分布全区，层厚1.0～7.3m，饱和，稍密-密实，以稍密-中密状为主，地基承载力特征值fak=150kPa。⑤粗砂层：分布全区，钻入及钻穿厚度4.7～16.4m，饱和，以密实状为主，局部为中密状，地基承载力特征值fak=280kPa。⑥砂质粘性土（残积土）层：仅部分孔钻及，控制厚度3.9～6.0m，稍湿，可塑-硬塑，地基承载力特征值fak=300kPa。⑦强风化花岗岩带：仅部分孔钻抵，控制厚度0.5～2.4m，稍湿，硬-坚硬，地基承载力特征值fak=700kPa。由于场区原地形起伏较大且表层较为软弱，桩基施工前，施工方先在场区采取了大面积换填石屑（厚2.2m左右）作为场区平整施工措施，以保证施工机械正常行走及作业。
2构（建）筑物基础选型
厂区设计地面标高为2.600～2.800m（黄海高程，下同）。本工程构（建）筑物大多体型、重量较大或对沉降控制要求严格；而本场区浅层天然土层的工程力学性质差，不适合直接作为构（建）筑物的浅基础持力层，故大部分构（建）筑物采用预应力高强混凝土管桩桩基础。使用管桩基础的构（建）筑物有涡流沉砂池、生化池、污泥泵房、二次沉淀池、加氯间及接触消毒池、污泥浓缩脱水车间、鼓风机房及变配电间、尾水排放泵房、综合楼、机修仓库车库等。桩基持力层多选择第5层粗砂层，个别构（建）筑物桩基持力层选择第4层细砂、中砂层。除使用管桩基础的构（建）筑物以外，其他少数构（建）筑物的地基基础形式为：（1）大门及传达室体型较小且重量较轻，采用条形基础，并对基底的软弱土地基采取水泥土搅拌桩处理；（2）粗格栅及进水泵房采用沉井施工，其下部埋置深度较深，基底以下采取水泥土搅拌桩及高压旋喷桩处理，以提高持力层力学性能且在施工中起防止突沉、超沉的作用。一般情形下，综合楼类的建筑物，首层室内地面按普通地坪做法即可，不需做成结构层；但本工程整个场区属软弱场地，若待场地土沉降固结基本完成所需时间较长，而建设工期又较紧张，考虑到地面可能产生较大沉降对使用不利，将综合楼首层室内地面设计为结构楼板层。污泥浓缩脱水车间的脱水机设备基础，一般可直接落于自然地面或略加处理的地基上；但本工程场地软弱,故将设备基础做成桩基平台形式，以保证设备基础稳定，为设备正常使用提供保障。
3管井及管道地基处理
厂区大部分管井采用水泥土深层搅拌法进行地基处理。在管井基底下方，水泥土搅拌桩按纵横间距约1.0m布置。水泥土搅拌桩管井底板以下的有效桩长约12m（另加管井自身埋深，水泥土深层搅拌的深度基本已达该工艺施工机械的极限深度）。厂区管径500mm以上的较大直径管道地基采用水泥土深层搅拌法处理。管道以下，沿管道横断面方向布置2～4根水泥土搅拌桩，间距0.9m；水泥土搅拌桩沿管道纵断面方向布置的间距为1.2m。水泥土搅拌桩管道以下的有效桩长约12m（另加管道自身埋深，水泥土深层搅拌的深度基本已达该工艺施工机械的极限深度）。其余管径较小的管道采取换填砂石垫层的方法处理。
4发现的问题
本项目土建专业工程量大、施工工期较紧，历时约1年，厂区主要构（建）筑物、管井、管道的土建专业施工工作已基本完成，进入设备安装及调试阶段。土建工程施工基本完成后，使用过程中厂区地面、部分管道与管井陆续出现不同程度的沉降变形，较典型的情况如下。
4.1生化池阀门井下沉
生化池阀门井为砖砌井，距生化池较近，两者间底部由放空管（钢管）相连；阀门井底板以下已用水泥土深层搅拌法进行地基处理。由于阀门井下沉，而采用桩基础的生化池沉降很小，两者间沉降差的矛盾便集中在放空管上。由于此段放空管长度较短，其抗弯曲变形的余地也较小，两端沉降差致使个别生化池的放空管沿焊缝拉断，其余生化池的放空管则发生不同程度的变形。
4.2配电间等地面下沉
鼓风机房配电间和进水泵房配电间等建筑物的电气设备间地面发生一定程度下沉，且地面沉陷呈锅底状。
4.3厂区部分管井下沉
厂区其余部分管井有不同程度的下沉，并由此可能引起与管井相接的部分管道产生挠曲变形。
5原因分析
本工程场区下部存在20～30m厚的高压缩性软弱淤泥，场地在回填土荷载作用下产生较大的压缩变形，地面普遍产生沉降较大。全厂主要的建（构）筑物采用刚性较大的端承桩桩基础，一般不会发生沉降或沉降微小；而管道、管井等虽进行了水泥土搅拌桩地基处理，但由于处理深度有限，未能穿透淤泥层处理到硬土层，相对主要建（构）筑物基础而言，其柔性较大。由于管井下沉量比构筑物的沉降量大，两者间较大沉降差的发生趋势致使部分连接处的管道变形拉裂。部分建筑物首层采用普通地坪做法，而未采取结构层楼面的做法；但建筑物主体结构采用刚性桩基础且墙体落于桩基连系梁上，故房屋主体及墙体沉降变形极小，而直接落于软土地基上的地坪反而沉降量较大，在四周桩基连系梁的约束下，设备间地坪呈现中部大、周围小的锅底状沉降变形。
6后期补救措施
6.1生化池阀门井
生化池阀门井下沉导致放空管断裂须进行修复，且放空管修复后须同时对阀门井进行止沉处理，才能从根本上防止再次被拉断。该砖砌阀门井深度超过6m，若挖开阀门井四周土、拆至底部后再更换放空管、修复阀门井，则工程量太大且还需围护，十分不便。权衡后以管径小一级的钢管在阀门井中从原放空管中穿入，伸至生化池集水坑中，套衬在原放空管中替代原放空管使用（经排水专业复核，该做法对使用功能的影响在可接受范围内），再将两管管壁间的间隙注浆填实。生化池阀门井等管井地基还需进一步处理以阻止其继续沉降。采用高压喷射注浆法处理深度较大，可保证穿透淤泥层进入硬土层，且其导管较细、施工时对地面破坏性较小，可紧贴既有构筑物边缘施工使旋喷桩桩顶与构筑物底板接触支承；但由于本场地土质情况特殊，根据类似工程经验，该法深层成桩质量有时难以保证，须经慎重试验以验证其工程适用性和工程效果。通过试桩并检验，确定高压旋喷桩施工工艺的部分参数如下：选用耐腐蚀的42.5R矿渣水泥，用量为350kg/m，使高压旋喷桩能在含有机物的淤泥层中成桩并增大桩身强度。按水泥用量的0.75％掺入FDN-Z早强减水剂，以克服中细砂层承压水对成桩质量的不利影响；按水泥用量的10％掺入UEA膨胀剂，以解决高压旋喷桩早强收缩问题，使桩顶与管井底板紧密结合。桩长控制以桩底穿过淤泥质土层进入下部粉细砂层1.0m为准；桩顶位于井底板面，下部桩身直径为0.6m，顶部4m桩身扩径至0.9m。为确保桩身质量，高压旋喷桩采用复喷法施工，0.6m桩径段成桩时的喷射压力为底部10m采用22MPa，其上20.0MPa；0.9m桩径段成桩时的喷射压力为27.0MPa。
6.2配电箱地面
（1）配电间的变压器、配电柜等电气设备对地面沉降较敏感，沉降过大势必影响正常使用，须对地面进行修复处理并从根本上消除再次下沉的隐患。考虑到建筑物主体框架结构下为预应力混凝土管桩基础，经复核得知桩基承载力尚有富余，故可通过传力体系将电气设备的重量传递至桩基上，以解决因地坪沉降影响电气设备正常使用的问题。（2）破除变压器室地坪，以原有桩基承台为支点浇筑钢筋混凝土梁系，再在其上架设结构板支承变压器。配电室增设水平型钢构件支承配电柜，型钢两端嵌入墙体，将荷载通过型钢、梁垫、墙体、承台连系梁传至原有桩基承台上。（3）配电间中无设备的房间，从经济实用操作简便的角度出发，可待地面沉降趋于稳定后再修复地坪。
7结束语
（1）在深厚软土地基上建设污水处理厂之类的工程，先应争取足够的时间和采取必要的措施使场地地基沉降固结基本完成，然后方适宜正式施工工程主体。（2）对建筑物首层室内地面及一些设备基座下地基的处理不可有侥幸心理，必要时应对地基进行深层处理或将地面做成结构楼板层形式。（3）对较重要的埋深较大且管径较大的给水排水管道，其自身结构构造及地基处理应慎重考虑。应综合采用“抗”“消”“放”等多种思路来应对管道的沉降及不均匀沉降趋势；管道与构筑物连接处对沉降变形较敏感，可采用深层地基处理方式穿透淤泥层进入硬土层，以增强地基刚度，保证管道不发生过大的沉降变形；在跨度较大、其他构筑物对其约束较小，一定程度的沉降不致破坏或影响管道使用的情况下，从经济角度出发可进行适度的地基处理，允许管道有一定的沉降并注意监测和维护；在管道可能会因沉降问题而引起较大变形或破坏的关键部位，应增设柔性接头等结构构造措施予以应对和预防。