污水处理厂湿陷性黄土地基处理设计与应用

杨 雨

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)



污水处理厂湿陷性黄土地基处理设计与应用

杨 雨

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

介绍了目前湿陷性黄土地基常用的处理方法，分析了各处理方法的技术原理及适用范围，并结合某污水处理厂工程实例，阐述了垫层法、强夯法和挤密法在湿陷性黄土地基处理中的施工技术，以供参考。

湿陷性黄土，地基处理，垫层法，强夯法，挤密法

我国黄土分布广阔，主要集中分布于山西、陕西和甘肃的大部分地区，此外，东北、西北、华北等地局部也有分布。黄土在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，称为湿陷。湿陷性黄土非饱和、呈松散多孔结构，天然剖面上具垂直节理，天然湿度下强度高，遇水浸湿后强度明显降低，在附加压力或土自重压力下迅速失稳产生大变形，对上部结构带来不同程度的危害，如倾斜、沉降等严重影响其安全和使用。因此，湿陷性黄土地基处理已成为建筑结构设计的重要内容之一。

1 湿陷性黄土地基的处理方法

我国规范[1]将在一定压力作用下，湿陷系数δs≥0.015的黄土定为湿陷性黄土，包括自重湿陷性(自重湿陷量Δzs>70 mm)和非自重湿陷性(自重湿陷量Δzs≤70 mm)，湿陷等级分为Ⅰ级(轻微)～Ⅳ级(很严重)四级。考虑到黄土特性、施工可行性及经济技术条件等各方因素，目前工程中常用的湿陷性黄土地基处理方法，主要有以下几种。

1.1 垫层法

垫层法是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，适用于地下水位以上、厚度1 m～3 m的湿陷性黄土。垫层法包括采用素土垫层和灰土垫层，当仅要求消除黄土湿陷性时，宜采用素土垫层，当同时要求提高承载力和增强水稳性时，宜采用三七或二八灰土垫层。

1.2 强夯法

强夯法适用于处理地下水位以上、饱和度不大于60%、厚度3 m～12 m的湿陷性黄土。强夯法是将一定重量的夯锤提高到一定高度后自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高土的强度，降低压缩性、改善土体抵抗振动液化能力以消除土的湿陷性[2]。强夯法施工时对周边环境影响大，主要适用于周边空旷、环境条件较好的工程。

1.3 挤密法

挤密法适用于处理地下水位以上、饱和度不大于65%、厚度3 m～15 m的湿陷性黄土。挤密法通过钻孔、冲击或沉管等方法[3]在土中形成桩孔，桩孔周围土体得到挤密，再向桩孔中分层夯填素土或灰土等填充料形成桩体，彻底改变土体结构以消除湿陷性。挤密法主要包括土挤密法和灰土挤密法两种，与垫层法类似，当用来消除地基土湿陷性时，宜采用素土挤密；当用来提高地基土承载力或增强水稳性时，宜采用灰土挤密。

1.4 预浸水法

预浸水法是指预先对整个场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下发生湿陷产生压密，以消除土层全部自重湿陷性和深部土层外荷湿陷性。该法一般用于处理湿陷厚度大于10 m的自重湿陷性场地、湿陷性等级Ⅲ级或Ⅳ级，通常可消除地面6 m以下土层全部湿陷性，6 m以上土层湿陷性尚需采用其他方法予以消除。浸水后场地产生显著下沉，浸水坑边缘距离已有建筑物不宜小于50 m，故预浸水法适用于空旷的新建地区。

1.5 其他方法

如化学加固法，有硅化加固法和碱液加固法等。

2 湿陷性黄土地基处理在污水处理厂结构设计中的应用

污水处理厂中建(筑)物对地基沉降要求较高，且地基土浸水概率较高，通常采用整片处理并消除地基土的全部湿陷性，平面处理范围大于单体底层平面面积，超出单体外墙基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2 m。

考虑到正常运行时污水厂内地基土浸水可能性较大，污水处理厂结构设计时通常采用强夯法/挤密法/预浸水法结合灰土垫层法进行湿陷性黄土地基处理，即在已完成湿陷性处理的地基土顶、基础底铺设厚度不小于300 mm三七灰土垫层，压实系数不小于0.97，同时基槽侧向也采用灰土回填，压实系数不小于0.93，基底及基侧回填灰土整体作为隔水层起防护作用。

3 工程设计实例

下面分别以已、在建两座污水处理厂为例，详述垫层法、强夯法和挤密法在湿陷性黄土地基处理中的应用。

3.1 工程实例一：银川某污水处理厂工程一期建设项目

1)场区概况。场区位于银川平原中部，原为荒漠丘陵地貌，上部土层多为风积形成，该区常年降雨稀少。根据地质钻探揭露，场区土层由上至下依次为：①素填土、①1杂填土、②粉细砂、③黄土状粉土、④角砾、④1粉土、④2粉细砂、⑤泥质砂岩、⑤1砂砾岩，其中：②粉细砂和③黄土状粉土均具湿陷性，整个场区均有分布，深度约5 m～10 m，湿陷系数δs=0.015～0.124，计算总湿陷量Δs=25.3 mm～338.3 mm，自重湿陷系数σzs=0.023，计算自重湿陷量Δzs=11.5 mm，经综合判定，整个场区为非自重湿陷性，湿陷等级Ⅰ 级～Ⅱ 级。

2)地基处理措施。场区周边环境开阔，附近无影响建(构)筑物，结合湿陷性黄土厚度5 m～10 m，经分析，采用整场强夯法+单体灰土垫层法以消除湿陷性。

强夯单击夯击能选用8 000 kN·m，有效处理厚度不小于10 m。正式施工前，应先选择有代表性地段进行试夯。强夯时土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%，因场地浅层土平均含水量远小于10%，施工中需采用增湿等处理措施。夯击2遍～3遍，最后再以低能量落距4 m～6 m整场满夯2遍～3遍，以保证基础持力层承载性能和处理均匀性满足要求。整场强夯结束30 d左右，采用静载荷试验进行测定，处理后地基承载力特征值应不小于160 kPa。

根据当地施工经验，强夯完成后应对各建(构)筑物基础下铺设不小于1 m厚三七灰土垫层，平面范围超出单体基础外边缘宽度每边不小于2 m，需在填料为最优或接近最优含水量下分层铺填，每层厚度取200 mm～300 mm，逐层碾压，压实系数不应小于0.97。分层检验垫层施工质量，每层压实系数满足要求后铺填上层土。三七灰土垫层的地基承载力特征值应不小于160 kPa。

场区经过上述处理后，经检验已消除地基土的全部湿陷性，且地基承载力满足要求。该工程已于两年前完成施工并投产使用，实际运行效果良好。

3.2 工程实例二：陕西某污水处理厂工程二期建设项目

1)场区概况。位于一期污水厂内，为二期扩建项目。场地地形较平坦，根据地质钻探揭露，由地表至勘探深度范围内依次可划分为：①素填土、①-1杂填土、②黄土状土、③1黄土、④2黄土、⑤古土壤、⑥粉质黏土、⑦含砾中砂，其中：②黄土状土和③1黄土具湿陷性，整个场区土层分布较为均匀，湿陷深度6.6 m～8.4 m，计算自重湿陷量Δzs=16.2 mm～90.6 mm，计算湿陷量Δs=250.1 mm～467.4 mm，部分区域为自重湿陷性，其他区域为非自重湿陷性，湿陷等级均为Ⅱ级。

2)地基处理措施。位于一期污水厂内、距已建建(构)筑物较近，强夯法和预浸水法均不适用。综合基础埋深、湿陷土层厚度、施工条件等因素，采用垫层法或挤密法对各单体进行处理，处理后的地基承载力特征值应不小于150 kPa。

各单体地基处理的平面面积应大于基础或建筑物底层平面面积，超出单体外墙基础底面或池体底板边缘宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，且不应小于2 m。具体设计如下：

1)活性炭滤池，底板位于③1黄土和④2黄土层交界面附近，采用垫层法，基坑将①素填土、①-1杂填土、②黄土状土、③1黄土层全部挖除至④2黄土层，三七灰土分层回填至基底设计标高，回填高度不超过1 m。三七灰土垫层具体做法同工程实例一，此处不再赘述。

2)澄清池，底板呈半球状，底部绝对标高394.45 m～399.90 m，③1黄土层底绝对标高约392.00 m，考虑到施工可行性，采用挤密法与垫层法相结合进行地基处理。施工时，基坑将①素填土、①-1杂填土、②黄土状土全部挖除至③1黄土层，素土夯实回填至绝对标高397.95 m，采用沉管素土挤密桩法对标高392.00 m～397.95 m范围处理，标高397.95 m至底板底标高397.95 m～399.90 m部分采用三七灰土垫层。

3)除活性炭滤池、澄清池，污水厂内其他单体均采用沉管素土挤密桩法。施工时，基坑将①素填土、①-1杂填土、②黄土状土全部挖除至③1黄土层，采用素土夯实回填至设计标高。因整场土层均匀分布，③1黄土层底标高约392.00 m，基底设计标高至392.00 m范围采用沉管素土挤密桩法，挤密桩长3 m～8 m。

沉管素土挤密桩桩孔直径450 mm，桩位按正三角形布置，桩间距800 mm，桩端绝对标高392.00 m。孔底在填料前必须夯实。孔内填料应分层回填夯实，平均压实系数不应低于0.97，压实系数最小值不应低于0.93。桩间土平均挤密系数不应低于0.93，最小挤密系数不应低于0.88。

沉管素土挤密桩桩顶设置500 mm厚三七灰土褥垫层，平面范围同挤密桩，压实系数不应低于0.95。

施工前，每个单体应进行不少于3根挤密桩的夯填试验，并确定合理填料数量及夯击能量等参数，桩间土挤密质量试验不少于2组。

该工程目前正处于施工阶段，其中活性炭滤池、二沉池、水解酸化池及加药间四个单体地基处理已完成，经检测，地基湿陷性已消除，且地基承载力均达到设计要求。

4 结语

在湿陷性黄土地区进行污水处理厂设计时，地基处理已成为结构设计的重要内容。本文介绍了工程中常见的湿陷性地基处理措施，并对其工作原理和适用性进行说明。结合两工程实例，详述了垫层法、强夯法和挤密法的工程应用。实际设计时，具体湿陷性地基处理方案的选取需根据各种影响因素进行综合判定，并应充分考虑到当地施工经验，正式施工前需对拟定措施进行试验以确定其可行性。

[1] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[3] DBJ 61—2—2006，挤密桩法处理地基技术规程[S].

The design and application of collapsible loess foundation treatment in sewage treatment plant

Yang Yu

(TongjiUniversityArchitecturalDesign(Group)Co.,Ltd,Shanghai200092,China)

This paper introduced the current commonly used treatment methods of collapsible loess foundation, analyzed the technical principle and application scope of each process method, and combining with the engineering example of a sewage treatment plant, elaborated the construction technology of cushion method, dynamic compaction method and compaction method in collapsible loess foundation treatment, for reference.

collapsible loess, foundation treatment, cushion method, dynamic compaction method, compaction method

1009-6825(2017)06-0087-03

2016-12-13

杨 雨(1982- )，女，工程师

TU475.3

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