羅晨皓
(上海城投水務(wù)工程項(xiàng)目管理有限公司,上海 201103)
虹橋污水處理廠工程是上海市中心城區(qū)第一座全地下式污水處理廠,占地面積約11.5 公頃,設(shè)計(jì)規(guī)模為20 萬(wàn)m3/d,采用地下一體化箱體結(jié)構(gòu)型式,分為A 區(qū)(深)和B 區(qū)(淺)兩個(gè)區(qū)域。其中樁基工程(HQ1.1 標(biāo))施工面積達(dá)9 萬(wàn)多m2,樁數(shù)近萬(wàn)根,屬超大規(guī)模樁基工程,且合同工期僅4 個(gè)月,地下障礙物“點(diǎn)多面廣”,進(jìn)度及質(zhì)量要求均較高。
圖1 一體化構(gòu)筑物三維模型展示
圖2 平面及高程分區(qū)圖
1)地質(zhì)與地貌
擬建場(chǎng)地屬濱海平原地貌,場(chǎng)地收儲(chǔ)前原主要為民宅和廠房,表層覆蓋較厚的雜填土,建筑垃圾較多。擬建場(chǎng)地內(nèi)的土層性質(zhì)及分布情況詳見(jiàn)下表。
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2)地下水
根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》(DGJ08-37-2012),設(shè)計(jì)時(shí)年平均地下水高水位埋深可按0.5m 計(jì),年平均低水位埋深按1.5m 計(jì)。
根據(jù)上海地區(qū)以往工程經(jīng)驗(yàn),大型水池的樁基一般采用三種型式:預(yù)制方樁、預(yù)制管樁以及鉆孔灌注樁,并考慮新型樁基的應(yīng)用,增加勁性復(fù)合樁基。四種樁型比較如下表:
樁型 施工工期 樁基施工影響 樁基承載力 造價(jià)預(yù)制方樁采用預(yù)制樁,工期較短。實(shí)心樁,擠土效應(yīng)明顯,不適用于樁距較小的單體,對(duì)環(huán)境有影響。同樁徑下單樁承載力相對(duì)于PHC 管樁較大,抗拔力較大,且可靠。同樁徑下每延米造價(jià)相對(duì)于PHC 管樁較高。PHC管樁采用預(yù)制樁,工期較短。空心樁,可采用開(kāi)口樁尖;擠土效應(yīng)相對(duì)較小,適用于樁距適中的單體,對(duì)環(huán)境有影響。同樁徑下單樁承載力相對(duì)于預(yù)制方樁較小,抗拔力受接頭影響一般,接頭存在一定風(fēng)險(xiǎn)。同樁徑下每延米造價(jià)相對(duì)于預(yù)制方樁較低。鉆孔灌注樁采用現(xiàn)澆混凝土,工期較長(zhǎng)。鉆孔樁,無(wú)擠土效應(yīng),適用于周邊環(huán)境要求較高的單體,有泥漿污染問(wèn)題。樁徑大,單樁承載力較大,同預(yù)制樁比承載力發(fā)揮效能不足,抗拔力較大且可靠。綜合造價(jià)高于預(yù)制樁,大約是預(yù)制樁的2 倍左右。勁性復(fù)合樁攪拌樁內(nèi)打設(shè)預(yù)制樁,工期短。攪拌樁+打入樁,無(wú)擠土效應(yīng),對(duì)環(huán)境基本無(wú)影響,無(wú)泥漿污染問(wèn)題同樁徑下,比預(yù)制樁高,抗拔力受接頭影響一般,抗拔接頭存在一定風(fēng)險(xiǎn)。綜合造價(jià)低于鉆孔灌注樁而大于預(yù)制樁,約比鉆孔樁少20%。
考慮基底為較為軟弱的淤泥質(zhì)土,回彈量較大,采用預(yù)制樁易斷樁、傾斜及上浮,且勁性復(fù)合樁在上海地區(qū)目前處于試點(diǎn)及推廣階段,且本工程樁基需要抗拔,從安全可靠角度,考慮采用直徑800 的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。
按照上部結(jié)構(gòu)整體布局,考慮到結(jié)構(gòu)底板受力均勻及配筋的經(jīng)濟(jì)性,并考慮樁基同隔墻及立柱盡量對(duì)齊,樁基按照約3m 矩形網(wǎng)格布進(jìn)行置。
根據(jù)MIDAS 軟件上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果,A、B 兩區(qū)域基礎(chǔ)底均布?jí)毫?biāo)準(zhǔn)值分別為166kPa 和163kPa。且由于上部結(jié)構(gòu)采用一體化箱體結(jié)構(gòu),底板為筏板基礎(chǔ),設(shè)置樁基后存在局部抗浮問(wèn)題,同時(shí)還需考慮不同深淺區(qū)域的不均勻沉降問(wèn)題。
1)抗壓及抗拔承載力計(jì)算
首先依據(jù)模型計(jì)算結(jié)果,考慮局部抗浮得到A、B 兩區(qū)域單樁所需最大抗壓及抗拔承載力,再考慮控制不均勻沉降,A區(qū)樁長(zhǎng)選擇30m,B 區(qū)樁長(zhǎng)選擇34m,使樁基基底標(biāo)高基本在土性相差不大的土層上。按照最不利鉆孔計(jì)算所得的單樁承載力如下表:
抗拔承載力設(shè)計(jì)值(kN)A 30m 1366 1450 1042 1050 B 34m 1234 1340 520 1100區(qū)域 樁長(zhǎng) 單樁所需最大抗壓承載能力(kN)抗壓承載力設(shè)計(jì)值(kN)單樁所需最大抗拔承載能力(kN)
2)沉降計(jì)算
經(jīng)計(jì)算,淺區(qū)B 區(qū)底板底附加應(yīng)力為35kPa,樁底自重應(yīng)力為737kPa,附加應(yīng)力比自重應(yīng)力為4.75%,根據(jù)規(guī)范不需要計(jì)算樁底沉降;深埋區(qū)域計(jì)算同淺埋區(qū)。
樁身設(shè)計(jì)詳圖具體見(jiàn)圖5:
圖4 樁身設(shè)計(jì)詳圖
為嚴(yán)格控制后期成樁質(zhì)量,對(duì)樁基試樁檢測(cè)及后處理提出設(shè)計(jì)要求如下:
1)試樁要求:樁基施工前進(jìn)行24 根試成樁及單樁靜荷載試驗(yàn),試樁不計(jì)入工程樁,其中30m9 根,34m15 根。
2)檢測(cè)要求:本工程采用單樁靜載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)樁基的承載力,其中抗壓、抗拔檢測(cè)比例均為0.5%;采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法及聲測(cè)法檢驗(yàn)樁基的完整性,檢測(cè)比例均為50%。
3)后處理要求:為提高工程樁承載能力,減少樁基沉降,本工程樁基采用后注漿措施,后注漿為每根2t,水灰比為0.55 ~0.6,注漿壓力為0.4 ~0.8Mpa。
鉆孔灌注樁雖然存在造價(jià)高樁,存在泥漿污染等不足,但其抗壓、抗拔的單樁承載力均較高,且適用于復(fù)雜環(huán)境。從最終施工后成樁質(zhì)量來(lái)看,本項(xiàng)目的地基基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁作為工程樁是可行的,也為類(lèi)似超大規(guī)模污水廠項(xiàng)目樁基工程選型與設(shè)計(jì)提供了參考。