污水厂深床滤池基坑支护设计

分类：农业环境论文发表 时间：2020-10-27 10:19 关注：(1)

　　某污水厂区提标改造工程设计新建深床滤池系统，该系统包括深床滤池1座，配套用反冲洗泵房和废水池各1座，3个构筑物共用一个深基坑。该基坑在设计方案形成定稿过程中，考虑到构筑物结构特点、周围环境、地层地质、建造周期、造价等方面因素进行多次优化，主要从建设单位的角度出发，在设计单位进行基坑支护设计过程中所提出的一些建议和思路进行归纳。

　　［关键词］基坑支护；滤池结构；设计方案

　　1深床滤池系统的平面布置情况

　　1.1深床滤池系统平面布置

　　图1为新建深床滤池区域基坑的布置情况，东侧为深床滤池，西侧上方为废水池（3号区域），西侧下方为反冲洗泵房（4号区域）。3个构筑物距离较近，挖深相似，所以计划共同使用一个基坑。整体基坑周长271m。拟建构筑物位于厂区空地，除基坑东侧距废水池地下结构外墙22.4m为现状构筑物污泥均质池外，无其他构筑物。

　　1.2深床滤池系统结构分析

　　（1）如图1所示，滤池东部为3个搅拌井，底板高程为–0.7m，地面平均高程为4.300m（黄海高程），挖深为5m（图示平面图1与剖面图2的1号部位）。中间部位底板的标高为0.700m，挖深为3.7m。西侧部位有1道突出底板下部的汇水渠（图示平面图1与剖面图2中的2号部位），比整个底板深2.7m，挖深为6.4m。（2）废水池（图1中3号部位），底板高程为–1.75m，挖深为6.05m。（3）反冲洗设备间（图1中4号部位），底板高程为–1.45m，挖深为5.75m。

　　2地质情况

　　地勘报告揭示了基坑区域内地下20m深度范围内的地层地质情况。（1）杂填土1，黄海高程系4.3~2.55，杂色，结构松散，成分较杂，含有少量建筑垃圾，均匀性差，工程特性差。该层土体力学特性参数：γ=188（kN/m3），c=10kPa，φ=10°。（2）粉质粘土21，黄海高程系2.55~1.85，灰黄色，可塑（+）状态为主，含铁锰胶膜，土质较均匀，切面有光泽，韧性、干强度高，工程特性好。a1–2=0.23MPa–1，属中等缩性土。该层土体力学特性参数：γ=19.68（kN/m3），c=56.6kPa，φ=16.3°。（3）粉质粘土22，黄海高程系1.85~–1.55，浅灰黄~黄灰色，可塑状态为主，局部粉性高，切面稍有光泽，韧性、干强度中等，工程特性一般。该层土体力学特性参数：γ=19（kN/m3），c=26.6kPa，φ=13.8°。（4）粉质粘土夹粉土3，黄海高程系–1.550~–4.550，灰色，软塑状态为主，局部呈流塑状态，局部夹少量稍密状态的粉土薄层，切面无光泽，干强度，韧性低，摇震反应不明显，工程特性差。a1–2=0.38MPa–1，属中等偏高压缩性。该层土体力学特性参数：γ=18.7（kN/m3），c=14.4kPa，φ=13.9°。（5）粉质粘土夹粉砂4，黄海高程系–4.550~–9.850，青灰绿、灰绿色~灰黄色，可塑（+）~硬塑状态为主，层顶土体松散，含铁锰结核，切面有光泽，干强度高，韧性高，工程特性好。a1–2=0.19MPa–1，属中等偏低压缩性土。该层土体力学特性参数：γ=19.7（kN/m3），c=61.9kPa，φ=16.9°。

　　3第一次方案

　　设计方案将深床滤池和反冲洗设备间、废水池3个区域作为一个整体采SMW工法桩支护，工法桩由搅拌桩和H型钢组成，其中搅拌桩850@1200，采用套接一孔法施工工艺，有效桩长为14.50m。搅拌桩内插H型钢，采取插一跳一方式，H型钢规格：700mm×300mm×13mm×24mm。H型钢有效长度12.00m。分析：此方案使用工法，桩支护强度高，止水性能好，安全系数较高。但造价高，施工周期长，主要是因为搅拌桩的养护周期较长，工法桩H型钢的使用周期长，费用高。基于上述考虑，通过上文中对各个构筑物结构深度的分析，基坑的整体面挖深不深（为3.7m），局部区域的深度较整体有不同的加深，而且基坑周围场地条件较好，除基坑东侧距废水池地下结构外墙22.4m为现状构筑物污泥均质池，附近其他区域均为空旷场地。另根据地勘报告，深床滤池的主体底板结构是坐落在21层上，地勘报告揭示的土体特性和力学参数，反映该土层的工程特性、粘结力较好，基坑在21层开挖施工具备放坡条件。后与设计单位沟通，将基坑支护的设计思路确定为整体放坡，局部较深处拉森桩支护。

　　4第二次方案

　　针对不同坑深以及周边环境，因地制宜，深床滤池和反冲洗设备间、废水池3个区域作为一个整体采用三轴搅拌桩止水，基坑整体开挖一级放坡，基坑内设大口井降水，并在周边布置观测井。搅拌桩，采用套接一孔法施工工艺，有效桩长15m（图3）。图3第二次支护方案平面布置示意（1）深床滤池区域为一级放坡，开挖放坡至0.62，即中部底板的高程。其他挖深较深的区域在一级放坡的基础上，进行拉森桩支撑。（2）局部3个搅拌井深坑采用悬臂拉森钢板桩的设计方案（图1中的1号区域）；拉森桩型号为Q295bz-400×170，有效桩长为9m。（3）深床滤池底板沟渠、反冲洗设备间、废水池区域结合周边环境，采取放坡卸土+悬臂拉森钢板桩的支护方案（图1中的2、3、4号区域）；拉森桩型号为Q295bz-400×170，有效桩长为12m。分析：此方案将拉森桩的支护区域减小，只是在一级放坡开挖的基坑内部，需二级加深开挖的区域使用拉森桩支护。但通过基坑内各个构筑物的挖深不同，以及拉森桩支护区域各个方向所受土体侧压力不同这2个特点进行分析，在拉森桩支护范围内，土体侧压力较小的，二次开挖较浅的区域，经过计算，部分拉森桩的支护可改为二次放坡。另外，方案中基坑整体采用搅拌桩作为止水帷幕，主要作用是减少基坑开挖深井降水期间周围土体沉降的影响。而基坑周围为空旷场地，基坑东侧距废水池地下结构外墙22.4m为现状构筑物污泥均质池。经过测量，均质池深度为7.3m，底板高程为–3m，较拟施工基坑底部深1m。因为拉森钢板桩本身也具有止水作用，所以考虑重新降水井布置与拉森桩，可以取消搅拌桩。基于以上两点考虑，与设计单位沟通，在本次设计方案的基础上，继续进行方案优化，二级基坑的开挖区域具备放坡条件的不采用拉森桩；重新复核井点降水对周围场地的影响及搅拌桩止水帷幕的作用。

　　5第三次方案

　　本次方案最终被确定为施工方案（图4），该方案与第二次方案相比主要做了如下3点优化。（1）取消基坑搅拌桩止水帷幕，由于拉森桩本身已经具有隔水作用，且均质池本身的深度也较深。经过设计院验算在不设置搅拌桩止水帷幕的情况下，基坑内的井点降水对均质池的地基稳固影响很小。（2）局部3个搅拌井基坑采用悬臂拉森钢板桩的设计方案（图1中的1号区域）取消，此3个小基坑，在一级放坡整体开挖深度的基础上（标高0.620m），再次二级放坡开挖（标高–0.700m）。（3）深床滤池底板沟渠、反冲洗设备间、废水池区域（图1中的2、3、4号区域），西侧的拉森钢板桩取消，与上述第2点同样具备放坡开挖的条件。

　　6结束语

　　基坑支护设计工作专业性强，对施工过程中的安全保障起到至关重要的作用，在设计工作进程中，首先以安全可靠为原则。本文主要阐述了深床滤池基坑支护设计阶段，建设单位根据对基坑周边环境、施工场景向设计单位提出的一些建议，最终以设计单位的意见为准。

　　参考文献

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　　[4]盛克，祝成成.城市污水深度处理与水资源可持续利用[J].中国战略新兴产业，2017（12）：50.

　　作者：孙伟