大型污水处理池的沉降控制复合桩基设计探究

·岩土工程·地基基础·文章编号:1009-6825(2019)01-0040-03大型污水处理池的沉降控制复合桩基设计探究★收稿日期:2018-10-24★:佳木斯大学教育教学研究项目(项目编号:2018JYXB-060)作者简介:付灏(1995-),男,在读本科生;李化明(1969-),男,高级工程师;孟祥华(1983-),男,讲师付灏李化明孟祥华(佳木斯大学建筑工程学院,黑龙江佳木斯154007)摘要:以江西九江市的一家大型污水处理池的施工为例,研究了该处理池应用复合桩基的可行性。分析了该处理池沉降控制复合桩基设计的方案,通过实验研究发现一定数量的复合桩基可以控制处理池的沉降量。关键词:污水处理池,沉降控制,复合桩基中图分类号:TU473.1文献标识码:A随着我国城市污水量的不断增加,其中污水处理厂中的处理池,需要根据处理池的地基沉降变化,科学的选择对应的桩基施工工艺。1污水处理池的概述目前我国的污水处理池主要包括了污水沉淀池和生物过滤池,这两种处理池在建设的过程中都是需要保证处理池的容量大、处理的效率高、水位较深,在施工建设的过程中因为该厂的特殊性,处理池占地面积非常的大,与此同时对处理池的地基施工要求比较高,而一般情况来说污水处理池的总占地面积可以达到全厂的50％以上。在我国江西九江的地区建设大型的污水处理厂时,会受到地质环境的制约。在我国的东部部分地区地层的组织物基本上都是■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■的屈服荷载影响较小;但L1的刚度要比L2稍大,体现了预应力可以减小跨中挠度及裂缝的作用。图9构件L1和L2荷载位移曲线对比u/mm600050004000300020001000010203040f/kNL2L1600050004000300020001000010203040u/mmf/kNL3L2图10构件L2和L3荷载位移曲线对比4结语钢筋混凝土+内置H型钢钢骨架的模式,均有高刚度、高强度、高性能、高承载力、同时又具备良好的塑性,良好的抗震性能,可避免脆性破坏形态。本文利用Abaqus软件对模型L1~L3钢筋混凝土大梁进行承载能力分析,通过不同参数间比较,可得到如下结论:1）对于大跨度或转换结构,在普通钢筋混凝土构件中内置型钢骨架,利用刚—混凝土共同受力,可大大提高其承载能力。2）在构件中施加预应力可以减小荷载作用下构件挠度,延缓裂缝出现时间,但对构件承载力几乎无任何作用。参考文献:[1]过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京:清华大学出版社,2003.[2]房贞政.预应力结构理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.[3]杨春,蔡健,吴轶,等.内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件试验研究[J].建筑结构学报,2008,29(2):92-98.[4]杨春,吴轶,蔡健,等.内置钢构架钢骨混凝土转换梁结构及工程应用[J].哈尔滨工业大学学报,2006,37(sup):244-247.[5]吴轶,杨春,蔡健,等.内置钢构架型钢混凝土转换深梁传力机理试验研究[J].土木工程学报,2008,41(12):21-27.[6]覃荷瑛,赵艳林,金凌志.体外预应力混凝土简支梁的ABAQUS非线性有限元分析[J].中外公路,2010,15(5):158-161.[7]郑则群,房贞政.体外预应力钢—混凝土组合梁非线性有限元分析[J].福州大学学报(自然科学版),2009,37(6):879-888.[8]刘秋芳.预应力连续组合梁预加力效应研究[D].福州:福州大学,2005.FiniteelementanalysisonprestressedconcretecompositebeamofinternalH-stylesteelXuQiang（ShenzhenChinaRailwayBureau2ndEngineeringCo.,Ltd.,Shenzhen518000,China）Abstract:ThepapercarriesoutnonlinearfiniteelementanalysisfortheinternalH-stylesteelprestressedconcretebeambyapplyinggeneralfiniteelementsoftwareAbaqus,makesacomparisonbybuildingsteelframeandnon-steelframe,studiesthestressperformance,stress-strainalterna-tingfeatures,stress-transferringmechanismofthesteelreinforcedconcretecompositestructureinordertoprovidesomeguidanceforthestructuredesign.Meanwhile,throughmakingacomparisonbybuildingprestressandbuildingno-prestress,itstudiestheroleofprestresstoimprovethestructurecomponentanti-crackingperformanceandrigidity.Keywords:internalH-stylesteel,nonlinearfiniteelementanalysis,prestress·04·第45卷第1期2019年1月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol.45No.1Jan.2019黏土和淤泥粉质黏土,这样的地质在建造大型的污水处理池时,承载力根本不能承受巨大的应力。基本上的地层承载力都在100kPa左右,在这样天然的地层上进行施工建设,由于地层在受到强烈的载荷之后,还会出现一定的沉降,因此直接采取该天然地层作为施工的地基是不可行的。为了提高施工的可行性和可靠性,我们可以在天然地基施工的过程中采取沉降控制复合桩基的方式来进行强化。在施工的过程中通过复合桩基直接穿透天然地基,进入到深层的地层当中,并且桩基和天然地层之间的摩擦力,都可以很好的分担上部建筑物的实际载荷,通过这样的施工建设可以有效的控制该天然地基的沉降量,不仅有效的提高了工程的施工效率和企业的经济效益,并且给我国的沉降控制复合桩基应用提供了更多工程数据和参考资料[1]。2该工程的设计方案研究2.1基本方案本文介绍该工程的污水处理池在设计方案中将地基的平均载荷压力控制在68kPa,虽然该水池地基的载荷压力比较小,但是由于该地区的地质环境影响,还是不能达到该工程地基施工的压力要求,实际天然的地基载荷力只能达到38kPa左右,虽然说该天然地基的压力载荷量也不是很小,但是由于该地层主要是由黏土和淤泥层黏土组成的,在受到建筑载荷的时候,整体的沉降量对整个工程来说影响还是比较大的。为了有效的提高该工程地基施工方案的可行性和可靠性,采取沉降控制复合桩基的施工,不仅很好的解决了淤泥黏土的沉降问题,并且该地层的实际载荷应力值,也可以达到工程施工的标准要求。2.2桩基的设计在沉降控制复合桩基的设计方案中对桩基的选择是非常严格的,该大型污水处理厂的地基施工方案中,要选取制作工艺非常成熟的钢筋混凝土预制基桩。由于在设计的时候考虑到该天然地基的黏土层非常的厚,普通的桩基根本无法直接穿透天然地层中的黏土层,这样就会严重的影响到桩基的实际使用效果。因此在设计桩基的时候,不仅对桩基的质量进行了考虑,并且还对桩基的长度进行了考量。为了避免在实际使用的过程中单个桩基的承载力不能达到设计的要求,因此根据该污水处理池的设计要求,改变了桩基表面的摩擦力,最终将该桩基的长度定为13.5m。在实际的施工过程中为了避免桩基在穿透软土层的时候发生桩基断裂的情况,从而严重的影响到施工的进度,因此最终将该桩基的横截面设计为250mm×250mm的规格,从而有效的保障桩基施工的质量和效率[2]。2.3承载面积的设计在该工程的处理池面积底板设计的时候,根据该污水池的工作内容已经对处理池的底板进行了面积和现状的确定,而该污水处理池的底板承载台就是钢筋混凝土浇筑的整体底板结构。2.4桩基的分布设计在沉降控制复合桩基的方案设计中重要的一项工作就是,桩基位置的分布,本工程在桩基的位置安排设计时利用矩形布桩的方案。在布桩的过程中为了有效的提高施工的质量,所有的桩基在沉降控制范围内可以保障在相同的作业面,有关的工作人员需要将实际布桩的数量和桩基沉降的变化量,之间的线性关系进行统计求解。根据我国沉降控制复合桩基施工的标准,第一步就是计算出该污水处理池在建成运营后,在自身的载荷和水电载荷综合之后,对总桩基（K）的载荷压力是多大,以及将载荷力分配到单个桩基的时候,单个桩基需要承载的压力是多大。在计算出单个桩基的载荷压力后,根据公式计算出该单个桩基在运营的过程中会出现多大的沉降量（S1）,在计算出单个桩基的沉降量之后,需要计算出总桩基1/3的桩基沉降量（S2）[3]。在所有的数据信息计算出之后,工作人员就可以根据计算的数据信息和实际的设计方案,制作出一个S—K的函数曲线,也就是说实际的桩基数据和插入到软土层的桩基数量,与桩基上承载力和实际的沉降量会出现一个线性的变化,通过在计算机电脑中进行模式,工作人员得出了如图1所示的曲线函数变化。我们根据图1对沉降控制复合桩基的施工方案进行深入的研究分析,图1中的横轴为桩基实际数量,竖轴为对应不同桩基数量的不同沉降量。从图1中的曲线我们可以发现在该工程的施工过程中天然地层黏土的沉降量在达到522mm的时候,该曲线的横轴变化量已经变为0,说明在该阶段的沉降量,沉降控制复合桩基的施工质量已经不能得到有效的保证。在图1曲线变化中我们也可以发现,随着复合桩基的总数量逐渐的下降,对应的竖轴的桩基沉降量逐渐的呈下降的趋势。在该施工工艺的桩基数量在2000根的时候,桩基的沉降量达到了一个最低点。之后随着桩基数量的不断减少,对应桩基的沉降量却没有发生太大的变化,并且随着桩基数量的不断减少,该沉降控制复合桩基的施工质量将会受到一定的影响,因此说明在施工的桩基数量达到2000根时,对应的桩基沉降量为252mm,并且该数据也证明了桩基的数量在一定的时候,所有的桩基都可以处于同一受力面上,很好的起到了承载污水处理池的作用。6005004003002001000S/mm1000200030004000K图1桩基数量和桩基沉降量之间的数据关系图以上的数据信息是电脑的分析,在实际的施工建设的过程中沉降量在桩基的数量达到1400根的时候,可以保障最好沉降控制范围。并且为了有效的确保桩基之间的稳定性,相邻桩基之间的直线距离不能小于1.6m。在过去的沉降控制复合桩基施工的过程中将相邻的两个桩基的距离设计在1m左右,由于设计的距离较短,因此该设计方案中使用的桩基数量需要3300根左右。由此可见在桩基之间距离进行了合理的调整之后,桩基的整体沉降量不仅得到了有效的控制,并且使用的桩基数量也减少了很多,而这些减少的桩基数量可以很好的节省工程的建设成本,并且在采取了最新的施工工艺之后,该地基的施工质量和可靠性得到了有效的提高[4]。2.5承载力的检测由于该工程采取的是矩形桩基分布的规律,因此在施工之前还需要对桩基的承载力进行计算,因为在上文中我们说到过该工程的地基设计承载力需要达到68kPa的数据,才可以有效的保障该工程施工的整体质量。在沉降控制复合桩基的施工过程中为了有效的控制整体桩基的沉降量,需要对桩基的单个质量和整体质量进行检测。因为在上文中我们说到过在桩基施工的过程中由于软土层摩擦力的影响,会导致桩基断裂在软土层中,因此为了确保所有的桩基都按照设计的施工标准,穿透了软土层所有的桩基处于一个工作平面中,这时在检测桩基承载力的时候,不仅需要对桩基的结构质量·14·第45卷第1期2019年1月付灏等:大型污水处理池的沉降控制复合桩基设计探究文章编号:1009-6825(2019)01-0042-02大厚度