小河口泵站擋土墻地基處理設(shè)計(jì)

楊艷軍，馮 春

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

小河口泵站擋土墻地基處理設(shè)計(jì)

楊艷軍，馮 春

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

小河口泵站前池下游端擋土墻基底應(yīng)力不滿足地基允許承載力的要求，需進(jìn)行地基處理，采用水泥土攪拌樁進(jìn)行地基處理的方法，取得了較好的效果。

擋土墻；地基處理；水泥土攪拌樁

1 工程概況

小河口泵站位于河北省玉田縣楊家板橋鎮(zhèn)小河口村西北，薊運(yùn)河左岸，屬于海河流域。小河口泵站為灌排兩用的中型泵站，工程等別為Ⅲ等，建于1965年，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為5a一遇，設(shè)計(jì)流量18m3/s，總裝機(jī)容量為1960kW。安裝7臺(tái)機(jī)組，5臺(tái)48ZL－87型和2臺(tái)28ZBL－70型立式軸流泵，配套電機(jī)單機(jī)功率分別為330，155kW，泵站承擔(dān)著64km2農(nóng)田的排水和72km2農(nóng)田灌溉任務(wù)。小河口泵站樞紐工程由進(jìn)水閘、前池、泵房、出水池、出水涵閘、引水涵閘和灌溉涵閘7部分組成。本次更新改造工程設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：拆除重建進(jìn)水閘和前池，維修加固泵房、出水池、出水涵閘、引水涵閘和灌溉涵閘。

2 前池下游端擋土墻設(shè)計(jì)

前池下游端擋土墻由漸變段和直立擋墻段組成。漸變段長(zhǎng)12．0m，底板頂高程－1．2～－3．2m，兩側(cè)擋土墻采用鋼筋混凝土直線扭曲面，邊坡系數(shù)2．0～0，末端墻高8．3m。直立擋墻段長(zhǎng)4．0m，底板頂高程－3．2m，兩側(cè)擋土墻為半重力式鋼筋混凝土擋墻，墻高8．3m，底寬7．4m。前池下游端擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 前池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)地質(zhì)資料，前池?fù)跬翂Φ鼗试S承載力為95kPa。由表1可看出，擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、基底應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求，但平均基底應(yīng)力大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力大于地基允許承載力的1．2倍，不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行地基處理。

3 前池下游端擋土墻地基處理設(shè)計(jì)

3．1 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)

前池下游端擋土墻地基為粘土粉砂互層、壤土粉砂互層。由于工程地質(zhì)報(bào)告提供的天然地基土承載力較低，經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算地基承載力均不滿足要求，故需要進(jìn)行地基處理。處理措施常采用換土法、強(qiáng)夯法、振沖碎石樁和水泥攪拌樁法等。由于工程區(qū)域地下水位較高，采用強(qiáng)夯法排水較困難，工期長(zhǎng)；振沖碎石樁的防滲性能差，對(duì)地基的穩(wěn)定不利；換土法也不適用，在最大換土深度以下?lián)跬翂A(chǔ)仍存在較厚的軟土層；水泥攪拌樁工藝較簡(jiǎn)單，適用范圍廣，經(jīng)綜合考慮推薦采用水泥土攪拌樁地基處理方案。

根據(jù)工程實(shí)際情況，擋土墻底部水泥土攪拌樁采用矩型布置，樁徑70cm，樁長(zhǎng)10m，樁間距1．2m×1．2m。 樁頂設(shè)置褥墊層，褥墊層采用0．3m厚、粒徑不大于20mm的碎石。

3．2 水泥土攪拌樁計(jì)算

3．2．1 單樁豎向承載力計(jì)算

單樁豎向承載力特征值（Ra）應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)按式（1）估算，是由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力。并應(yīng)同時(shí)滿足由樁周土和樁端土的抗力所提

式中 fcu為與攪拌樁水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長(zhǎng)為70．7mm的立方體）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期抗壓強(qiáng)度（kPa）；η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0．3；up為樁的周長(zhǎng)（m）；n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃的土層數(shù)；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值（kPa）；li為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）；qp為樁尖地基土未修正的承載力特征值（kPa），取150kPa；α為樁尖天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0．4；

根據(jù)以上公式，由式（1）計(jì)算單樁豎向承載力特征值為243kN；由式（2）計(jì)算單樁豎向承載力特征值為288．7kN；單樁豎向承載力特征值取243kN。

為充分發(fā)揮樁間土的承載力和復(fù)合地基的潛力，應(yīng)使土對(duì)樁的支承力與樁身強(qiáng)度所確定的單樁承載力接近，通常后者略大于前者較為安全和經(jīng)濟(jì)。上述計(jì)算結(jié)果，由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力288．7kN略大于由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力243kN，滿足要求。

3．2．2 復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

處理后的復(fù)合地基承載力特征值按下列公式計(jì)算：供的單樁承載力小于（或等于）由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力，即式（2）的要求：

式中 fspk為復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；m為面積置換率，計(jì)算得m＝0．266；Ap為樁的截面積；fsk為樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，取100kPa；β為樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土木經(jīng)修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時(shí)可取0．1～0．4，取0．1；Ra為單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，Ra＝243kPa。

根據(jù)以上公式計(jì)算出復(fù)合地基承載力特征值fspk＝175．6 kPa，滿足擋土墻地基承載力要求。

3．3 復(fù)合地基沉降變形計(jì)算

豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形包括攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形S1與樁端下未加固土層的壓縮變形S2。

3．3．1 攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S1按下式計(jì)算：

式中 pz為攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值（kPa），pz＝153 kPa；pzl為攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值（kPa），pzl＝153 kPa；Esp為 攪 拌 樁 復(fù) 合 土 層 的 壓 縮 模 量 （kPa）； 計(jì) 算 得Esp＝71683kPa；Ep為 攪 拌 樁 的 壓 縮 模 量 （kPa）， 取pzl＝250000kPa；Es為樁間土的壓縮模量（kPa），取樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的加權(quán)平均壓縮模量，計(jì)算得Es＝6900kPa。

由式（3）和式（4）計(jì)算得攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S1＝21．4mm。

3．3．2 樁端下未加固土層的壓縮變形S2計(jì)算：壓縮變形S2采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式：

式中 s為地基總沉降量（mm）；φs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取1．1；s′為按分層總和法計(jì)算的地基沉降量（mm）；n為地基壓縮范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；P0為對(duì)應(yīng)于荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力（kPa），取153 kPa；Esi為基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量（MPa）；zi、zi-1為基礎(chǔ)底面第i層土、第i－1層土底面的距離（m）；為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i－1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。經(jīng)計(jì)算樁端下未加固土層的壓縮變形S2＝13．6mm。

復(fù)合地基沉降變形計(jì)算總沉降量S＝S1＋S2＝35mm，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

由于小河口泵站前池下游端擋土墻墻體較高，而地基允許承載力比較低，擋土墻平均基底應(yīng)力大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力大于地基允許承載力的1．2倍，故結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，對(duì)泵站前池?fù)跬翂Φ鼗捎盟嗤翑嚢铇兜姆椒ㄟM(jìn)行了處理，取得了較好效果。

［1］曾國(guó)熙，盧肇鈞，蔣國(guó)澄，等．地基處理手冊(cè)［K］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988．

［2］華南理工大學(xué)等編，地基及基礎(chǔ)［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1991．

［3］JGJ79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［4］GB50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［5］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．玉田薊運(yùn)河泵站更新改造工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］，2009．

［6］SL379—2007，水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

The Xiaohekou pump station treatment design of retaining walls

YANG Yan－jun，F(xiàn)ENG Chun
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower，Tianjin300250，China）

The Xiaohekou downstream end of pumping station pool of retaining basal stress does not meet the requirements of the bearing capacity of foundation， to allow for ground treatment， the cement－soil pile geographic processing methods，and good results have been achieved．

retaining wall； foundation treatment； cement mixing pile

TV53＋6

A

1672-9900（2010）05-0028-02

2010－08－20

楊艷軍（1978－），男（漢族），河南滑縣人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）022－26154644。