高强度预应力管桩在污水处理厂地基处理中的应用

关键词：环境污水

随着工业和城市的快速发展, 大量污水的排放使环境受到严重污染, 为了确保人们生活环境的健康和安全, 目前建设污水处理厂已经成为城镇和工业区净化污水环境的必要措施。而污水厂一般位于城市的下游低洼地带, 场地一般为海 (河) 滩地, 地基土层往往多为冲积性的软土, 这种软土具有含水量高、压缩性大、强度低、透水性差的特点, 场地的地基承载力和稳定性均较差, 不能满足污水厂中构筑物对地基的承载力和变形的要求, 因此必须对地基进行处理。目前国内对此种软土地基的处理方法很多, 在此, 结合工程实例, 具体介绍高强度预应力管桩在处理软土地基中的具体应用。

1 厂区地质特性

拟建场地位于东莞市生态园, 紧邻茶山镇塘角村, 属冲积阶地地貌单元。原场地主要由大面积水塘及少量农田、平房、猪舍等构成, 后经人工拆迁、回填形成。场地勘探土层自地面向下分布为:素填土层 (1) ;耕植 (表) 土层 (2) ;粉细砂层 (3) -1;中砂层 (3) -2;淤泥层 (3) -3;粉质粘土层 (3) -4;泥质中细砂层 (3) -5;粉质粘土层 (4) ;全风化含砂质泥岩层 (5) -1;强风化含砂质泥岩层 (5) -2;中风化含砂质泥岩层 (5) -3;强风化含砂质泥岩夹层 (5) -2T中风化泥质砂岩夹层 (5) -3 T。

由勘察结果可以看出:拟建场地属冲积阶地地貌单元, 第四系地基土覆盖层较厚, 且地基土较软弱。直到第5层土才具有较低压缩性和较高的强度, 力学性质较好, 均可作为拟建建 (构) 筑物地基基础持力层, 再加上污水处理厂的构筑物一般为大体积钢筋混凝土结构, 对地基沉降变形和不均匀沉降敏感。按照拟建建 (构) 筑物的底板标高及荷载和变形要求, 除单体说明外, 本工程采用锤击式高强预应力管桩处理软土地基。

2 高强预应力混凝土管桩的设计

2.1 管桩类型选择

高强预应力混凝土管桩桩桩身强度高, 具有较好的穿越和贯入性能, 可打入密实的砂层和强风化岩层。打 (压) 桩使桩端土经过强烈的挤密作用, 桩尖附近的密实砂层或强风化岩层已超越原始状态, 桩端承载力可比原状土提高80%以上, Φ500×100混凝土管桩单桩承载力设计值最高可达2700kN, 相当于Φ700的钻孔灌注桩, 具有极好的经济价值。

高强预应力混凝土管桩按抗裂弯矩和极限弯矩的大小, 分为A类、AB类、B类、C类;A类、AB类桩, 其抗弯性能较小, 使用中主要承受轴向压力;桩尖形式主要有三种, 十字形、锥型和开口型;管桩壁厚55mm~150mm, 开口型桩尖穿越砂层较好, 成桩后桩身下部1/3~1/2桩长的内腔被土体塞住有很好的土塞效应, 适用于摩擦为主的桩型;十字形桩尖加工容易.破岩能力强, 适用于端承为主的桩型。

本工程采用高强预应力混凝土管桩类型为端承摩擦桩, AB型, 桩尖采用封底十字刀刃, 桩有Φ400×95、Φ500×100两种, 桩基持力层为第 (5) -2层强风化含砂质泥岩为, 若打桩贯入度能满足设计要求, 桩端也可置于第 (5) -1层全风化岩中, 桩端端阻力特征值qpa=3800KPa (标贯击数N≥50击) , 桩底进入强风化含砂质泥岩1.5~2米。

2.2 单桩承载力的确定

根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》 (DBJ15-31-2003) , 单桩竖向承载力特征值按 (1) 式计算;抗拔承载力按 (2) 式计算:

单桩竖向承载力特征值和竖向抗拔承载力特征值根据各单体确定。本工程的单桩竖向承载力必须按《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ94-2008) 及相关规范进行检测合格后方能进入下一阶段施工。

2.3 收锤标准

高强度预应力管桩的沉桩方法有锤击法和静压法两种, 结合本工程说在的位置等实际情况, 为便于施工, 采用柴油机锤施打方式施工, 有关油锤型号、桩锤重量等要求见表2。锤击法高强度预应力混凝土管桩, 收锤标准除了与锤重、冲击能量和单桩承载力设计值等因素有关还受到场地工程地质条件的影响。停打以桩端到达或进入持力层 (对照地质资料) 、最后贯入度和最后1m沉桩锤击数 (不超过300) 为收锤标准。根据工程实践统计资料, 一般打桩最后贯入度可控制在20mm~50mm/10击范围内。为防止桩身混凝土产生疲劳破坏, 还应限制总锤击数和最后1m沉桩锤击数。高强度预应力管桩总锤击数一般应小于2500击, 最后1m沉桩锤击数一般应小于300击。

3 高强预应力混凝土管桩的施工要求

3.1 试桩

工程桩施工前应根据地质情况选取3根桩作试打桩, 以取得正式施打所需要的有关控制数据, 尤其是需要送桩的贯入度控制值。

3.2 接桩

下节桩施打后露出地面约600时即可接桩。任一单桩的接头数量不超过4个。每根桩须对照地质钻探资料预计总长, 选用合理的桩节组合, 以使接桩次数尽量少。接桩采用焊接接桩法, 下节桩桩头须设导向箍以保证上下桩节找平接直, 上下节桩之间的间隙应用铁片全部填实焊牢, 然后沿圆周对称点焊六处, 待上下桩节固定后再拆除导向箍, 继而分层对称施焊, 每个接头的焊缝不得少于两层, 每层焊缝的接头应错开, 焊缝须饱满, 不得出现夹渣或气孔等缺陷, 施焊完毕须自然冷却8分钟后方可继续施打 (压) 。