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摘要：随着城市化进程的加快，城镇污水处理厂作为生活污水处理的重要设施，越来越受到关注，对出水标准的要求也越来越严格，各地区污水厂均需要提标改造。本文通过某一在现状构筑物拆除后新建水池的工程实例，来探讨此类基坑设计及地基处理难点，在围护选型、桩基布置、施工顺序等方面进行优化，保证项目顺利实施，减小环境影响，缩短改造周期，满足工艺改造要求，为今后类似工程提供借鉴。
关键词：改造工程；基坑；水池；
0 引言
随着城市化进程的加快，城镇污水处理厂作为生活污水处理的重要设施，越来越受到关注，对出水标准的要求也越来越严格。各地区污水厂均需要提标改造，根据工艺专业提出的新增池容、新增工艺和改变构筑物使用用途等要求，在污水厂处理厂水池提标改造工程中，通常有此两种改造方式：一是拆除原有构筑物，在原址上重新建造构筑物；二是拆除或增加隔墙，在池壁上开洞或封闭池壁原有洞口，以满足工艺运行要求③。本文通过某一在现状构筑物拆除后新建水池的工程实例，来探讨此类基坑设计及地基处理难点，在围护选型、桩基布置、施工顺序等方面进行优化，保证项目顺利实施，减小环境影响，缩短改造周期，满足工艺改造要求，为今后类似工程提供借鉴。
1 工程概况
本工程实例为某污水厂5万m3/d提标改造工程内容。由于该污水厂位于市区内，建筑场地狭小，用地紧张，提标改造内容中的新建加氯接触池位于原一期鼓风机房处，需废除原鼓风机房后进行建设。
1.1 现状水池概况
现状鼓风机房平面尺寸27.4m×15.24m，采用现浇混凝土结构，上部为单层厂房，下部为一层地下室，底板面埋深3.8m，局部地梁埋深5.8m，原地基处理采用天然地基。
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图1现状鼓风机房平面图
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图2现状鼓风机房剖面图
1.2 新建水池概况
新建加氯接触池平面尺寸36m×22.9m，采用现浇混凝土结构，平面尺寸大于原鼓风机房底板面，其埋深4.15m，深度也大于较原鼓风机房。地基处理采用桩基基础。新建水池与现状水池平面关系如图3所示。
1.3 地质概况
基坑开挖及地基处理影响深度范围内主要地层为 ①0层杂填土、①1层粘土、②1层淤泥质粘土、②2层淤泥质粉质粘土、②3层淤泥质粘土、③层淤泥质粉质粘土、④层淤泥质粘土、⑤1层粉质粘土、⑤2层粉质粘土夹粉土等，本工程场地的地表水主要为场地南侧的河水，其径流来源于水厂内部排水及降水，径流的年际变幅、年内分配主要受厂区排水控制。勘察期间，实测河水水面约设计地面以下1.20m左右。
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图3新建加氯接触池平面图
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图4新建加氯接触池剖面图
表1地层特性表
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1.4 周边环境情况
本单体位于老厂区内建设，周边环境较为复杂，北侧为现状高配间及1#变电所，距离水池边缘约为13m。南侧为现状MBR 生物反应池，距离水池边缘约为9.3m。基坑东侧为现状D 型滤池和紫外线消毒渠及送水泵房，距离基坑边缘约为5.5m。西侧为空地。并且周边存在已有污水管线，设计与施工需考虑对其保护。
2．基坑设计
2.1 基坑设计难点
新建加氯接触池需基于现状鼓风机房拆除后方可进行，而鼓风机房埋深较深（约3.8m），基坑设计上除了考虑新建加氯接触池，还需考虑鼓风机房拆除工作。
此外，场地土层为典型的软土地基，淤泥质土含水量和压缩性较高，对基坑支护结构的内力和位移不利。这也成为本基坑设计一大难点
2.2 基坑设计方案必选
根据本基坑的开挖深度，并结合当地基坑经验，可选用的围护形式有：1）采用放坡开挖；2）采用无支撑拉森钢板桩围护开挖；3）采用拉森钢板桩+内支撑围护开挖形式。各围护形式优缺点比较如下：
表2基坑围护形式优缺点比较
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通过上述放坡开挖由于需要大面开挖，受场地空间限制，无法实施。拉森钢板桩+内支撑围护虽减小对周边环境的影响，但内支撑及立柱桩影响了鼓风机房的拆除工作，增加了施工周期。经比选本次工程采用无支撑拉森钢板桩围护。
2.3 基坑设计方案
本次基坑开挖深度4.25m，拉森桩选用IV型钢板桩围护，为减小坑外土体主动土压力，顶部放坡开挖1.5m，坡度1：33，钢板桩桩长经计算为12m。
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图5基坑平面图
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图6基坑剖面图
考虑本工程地基处理灌注桩需在基坑开挖到底后施打，如果按常规基坑边界离池体距离0.8~1.2m设置的话，边缘处灌注桩无法实施，因此本工程基坑尺寸设计距离池壁边缘需≥2.5m，以保证灌注桩施工空间。
此外，基坑开挖方式应类似盆式开挖，原鼓风机房周边土体应尽量保留，作为基坑围护结构的部分被动土压力，待拆除鼓风机房后挖除。鼓风机房局部较深的底梁应局部坑内放坡开挖拆除，但需分段开挖分段拆除，并在拆除后及时回填。
3．地基处理设计
3.1 地基处理设计难点
该地区的地基为典型的软土地基，地基处理的难度较大，地基处理稍有不慎，即会造成地基不均匀沉降的后果。
一般工程桩基的实施在基坑围护桩之前，以免桩基（尤其是PHC管桩）挤土效应对围护结构造成破坏。然后本工程特殊性在于，为保证桩基顺利实施，桩基需在现状鼓风机房拆除后且土层内障碍物清除之后进行，因此基坑围护开挖施工顺序先于打桩。
3.2 地基处理方案必选
针对本工程土质特点，为提高地基承载力和土层的压缩模量，减少构筑物的沉降和不均匀沉降，同时帮助构筑物抗浮。本工考虑采用桩基解决池体抗浮，同时减小基础沉降和提高地基承载能力。桩的类型依成桩方法，可分为预制桩和灌注桩，本工程桩基可选择预制桩（包括预制方桩和PHC管桩）和钻孔灌注桩。其优缺点简单比较如下：
表3桩基形式优缺点比较
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由于本工程桩基需在基坑围护且开挖到底后进行，桩基若选用预制桩，则由于施工占地面积的原因，无法实施，且预制桩的挤土效应会造成拉森钢板桩变形影响钢板桩拔桩及回收。
3.3 灌注桩基础方案
本工程桩基选用直径600灌注桩，桩长28m，持力层为⑤2层粉质粘土夹粉土层，打桩顺序考虑先周边后中心，以保证基坑边缘的垫层可先行浇注，另外要求灌注桩台数尽量增加，以加快灌注桩实施速度，减少基坑暴露时间。另外，实际施工时需根据现场情况设置基坑坡道以便打桩机进入基坑。由于在基坑开挖后再实施桩基施工，涉及一些桩基机械进入基坑内，可以视坑底土层情况采用夯入碎石的施工措施对坑底进行硬化。
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图7 桩基布置平面图
4．施工顺序
根据上述基坑及地基处理设计方案，本工程的总体施工顺序如下：场地清表并平整->放坡开挖表层土->原鼓风机房基底周围拉森钢板桩施工->开挖至原鼓风机房基底标高->拆除原鼓风机房及其地梁->清除表层建筑垃圾->周边加氯接触池灌注桩施工->浇筑基坑边缘垫层->剩余灌注桩施工->浇筑剩余垫层->浇筑底板->池体施工->满水试验->回填土体->拔出拉森钢板桩。
结语
（1）改造工程设计前应研究前期资料和调查现场实际情况，选择技术合理、工期短、保证厂区运营和减少周边环境影响的改造方案。
（2）现状构筑物拆除后新建水池基坑围护方式及地基处理与常规做法及施工顺序不同，基坑围护及地基处理设计上需谨慎考虑。
（3）新建水池的基坑围护需考虑原有构筑物的拆除，且基坑平面尺寸需略微放大，以保证桩基顺利实施。
参考文献：
[1]刘国彬、王卫东，基坑工程手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社，2009
[2]凌保林，污水厂构筑物水池结构改造的优化设计分析[J]，工程建设与设计，2019，07：36-38.
[3]闫永超，构筑物水池结构改造设计探讨[J].特种结构，2017，01：31-35.