洪莊子泵站軟土地基基礎(chǔ)處理效果分析

武慶安

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

洪莊子泵站軟土地基基礎(chǔ)處理效果分析

武慶安

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

排澇泵站多建于低洼地段，地質(zhì)條件相對較差，常因承載力不足、沉降過大而需要地基處理。洪莊子泵站天然地基沉降達183mm，沉降量過大，采用灌注樁處理后基礎(chǔ)沉降達到了使用要求?，F(xiàn)場檢測及竣工后的沉降觀測表明灌注樁基礎(chǔ)滿足泵房對地基承載力及沉降的要求。

洪莊子泵站；地基處理；灌注樁；樁基檢測

1 工程概況

洪莊子泵站［1］位于天津市武清區(qū)大堿廠鎮(zhèn)龍鳳河上，是一座以排澇為主的中型泵站。2010年1月對該泵站進行拆除重建，同年8月竣工投入使用。

泵站場區(qū)地勢平坦，地面高程5.8～6.8m。基礎(chǔ)勘察深度范圍內(nèi)揭露的主要為第四系地層，有壤土、粘土、重粉質(zhì)壤土、中粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土和細砂等，由上至下共9層，見表1。

表1 地基土物理力學指標［1］

泵房底板順水流方向長15m，垂直水流方向?qū)?4.4m，分左、右兩塊，單塊寬17.2m；泵房右側(cè)布置檢修間，檢修間底板長8m，寬6.5m。泵房建基高程-0.9m，坐落于3層重粉質(zhì)壤土上。由于地基受力層壓縮性較高，為滿足泵房地基變形要求，采用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。底板及樁基布置見圖1。

2 天然地基穩(wěn)定及沉降驗算

2.1 荷載

圖1 泵房底板及樁基布置圖

2.2 穩(wěn)定及沉降驗算

抗滑穩(wěn)定計算采用抗剪斷公式（6.3.4-2）［2］，其中的取室內(nèi)飽和固結(jié)快剪試驗值的0.2倍，其他參數(shù)按規(guī)范規(guī)定選??；地基應力計算采用雙向受力公式（6.3.8-2）［2］。計算成果見表2。

表2 泵房抗滑穩(wěn)定及地基應力計算成果

沉降計算采用公式（5.3.5）［3］。新建泵房坐落于原泵站前池內(nèi)，建基高程與原前池高程基本一致，以基底平均應力84kPa作為附加應力；壓縮層為粘土及粉質(zhì)壤土，壓縮模量4.43～7.47MPa，沉降經(jīng)驗系數(shù)取1.3?？紤]右塊荷載的影響，按應力疊加原理采用角點法計算基礎(chǔ)沉降量，成果見表3。

表3 泵房地基沉降量計算成果

根據(jù)計算結(jié)果，泵房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、基底應力均滿足規(guī)范要求，但地基應力不均勻系數(shù)偏大；泵房地基沉降量及不均勻沉降造成的傾斜不滿足規(guī)范要求，應對泵房地基進行處理，降低基礎(chǔ)沉降量、減小沉降差。

3 地基處理方法

本工程地基處理［4-5］目的為降低沉降量、減小沉降差，同時也應滿足泵房對地基承載力的要求。常用處理方法有墊層法、強夯法、深層攪拌法、混凝土灌注樁等。

墊層法多用于處理厚度不大的軟土地基，可改善地基應力分布、減少沉降量。本工程壓縮性較高的軟土層厚13.6m，墊層的換填厚度一般不宜大于3m，換填后沉降量控制效果不明顯。因此，墊層法不適用于本工程地基處理。

強夯法多用于處理透水性較好的松軟地基，特別是松散的砂土地基，可增加地基承載力、減少沉降量。本工程基礎(chǔ)軟土滲透系數(shù)介于5×10-7～2×10-6cm/s，透水性較差，采用強夯法處理地基易形成橡皮土，不易達到處理目的。因此，強夯法不適用于本工程地基處理。

深層攪拌法多用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高的粘性土，可提高地基承載力、減少沉降量，但地下水具有侵蝕性時不宜采用。本工程地下水埋深1.35～4.3m；地下水SO2-4含量2671mg/L，游離CO2含量131mg/L，對混凝土具結(jié)晶類硫酸鹽型強腐蝕性。因此，本工程地基處理不宜采用深層攪拌法。

混凝土灌注樁主要用于處理深厚的松軟地基，特別是上部為軟土、下部為硬土的地基，能夠大幅減少地基沉降量，且能提高地基承載力和抗滑穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)資料，本工程地基上部為13.6m厚的壓縮性較高土層，下部為輕粉質(zhì)壤土及細砂等壓縮性較低的土層，采用灌注樁處理地基相對合理。

根據(jù)各處理方法適用條件，結(jié)合本工程具體情況，確定采用混凝土灌注樁處理泵房地基。

4 樁基設(shè)計

4.1 布置

本工程灌注樁直徑0.8m，矩形布置，排距、間距均為2.4m，左底板下布樁42根、右底板下布樁42根、檢修間下布樁9根，共計93根（如圖1）。根據(jù)地質(zhì)條件，擬定樁長14.5m，樁端進入輕粉質(zhì)壤土層。為提高抗地下水腐蝕性能，樁體混凝土強度等級設(shè)計為C35。 樁身配16Φ20HRB335級主筋，Φ10HPB235級箍筋，主筋保護層厚度6cm。

4.2 承載力驗算

根據(jù)樁基設(shè)計參數(shù)、土力學指標、泵房底板所受外荷載，采用相關(guān)公式［6］計算單樁豎向承載力、水平承載力及其所受外荷載。水平承載力特征值計算中，樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m取6000kN/m2。計算成果見表4。

表4 單樁承載力計算成果 單位：kN

由表4可知，單樁承載力特征值大于其分擔的外荷載，滿足泵房承載力要求。

4.3 沉降驗算

樁基最終沉降量計算采用公式（5.5.6）［6］，方法為等效作用分層總和法。附加應力取承臺底附加應力84kPa；沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ψ取0.9；等效沉降系數(shù)ψe取0.46。計算成果見表5。

表5 泵房樁基沉降量計算成果

由表5可知，泵房樁基沉降量及不均勻沉降造成的傾斜均滿足規(guī)范要求。

5 樁基檢測

為檢驗施工質(zhì)量與設(shè)計成果并為樁基驗收提供可靠依據(jù)，對工程樁進行了檢測［7-8］。檢測項目包括樁身完整性、豎向承載力及水平承載力。

5.1 樁身完整性檢測

樁身完整性檢測采用低應變法，共抽檢10根工程樁。檢測顯示樁身內(nèi)應力波傳播速度c介于3690～4180m/s，平均波速Cm為3950m/s；2L/c（L為測點下樁長）時刻前均有樁底反射波而無缺陷反射波。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析，抽檢基樁結(jié)構(gòu)完好，全部為Ⅰ類樁，樁的施工質(zhì)量良好。

5.2 單樁豎向承載力檢測

單樁豎向承載力檢測采用高應變法，共抽檢3根工程樁。檢測采用的激振錘重2500kg，落距1.0m。檢測結(jié)果樁的最大動位移分別為3.94，4.61，3.52mm，單樁豎向極限承載力分別為1576，1599，1767kN，平均1647kN。按極限法取值抽檢基樁平均豎向承載力特征值為823.5kN，略低于設(shè)計值884.2kN，但滿足泵房豎向承載力要求。

5.3 單樁水平承載力檢測

單樁水平承載力檢測采用水平靜載試驗，共抽檢3根工程樁。采用慢速維持荷載法分級加載，分級卸載，最大加載至380kN。根據(jù)靜載試驗數(shù)據(jù)繪制水平力—位移梯度（H—ΔY0/ΔH）關(guān)系曲線，第2拐點對應的荷載值為342kN，即水平承載力極限值為342kN。按極限法取值抽檢基樁水平承載力特征值為171kN，與設(shè)計值178.1kN基本一致，滿足泵房水平承載力要求。

6 結(jié)語

（1）洪莊子泵站天然地基沉降量過大，對地基進行處理是必要的。

（2）灌注樁常用于處理深厚的松軟地基，能夠大幅減少地基沉降量。結(jié)合本工程地質(zhì)條件及減少沉降量的要求，采用灌注樁處理地基是合理的?？⒐ず蟮某两涤^測亦表明灌注樁的減沉效果明顯。

（3）檢測結(jié)果顯示樁基承載力滿足要求，并且承載力檢測值與設(shè)計值基本一致，說明設(shè)計合理。

（4）樁基設(shè)計參數(shù)一般根據(jù)土性指標選取，規(guī)范所列參數(shù)并非固定值而是在一定范圍內(nèi)由設(shè)計人員選定。土性指標的準確性及設(shè)計人員的工程經(jīng)驗都會影響參數(shù)的選取，因而設(shè)計值與實測值存在差異是必然的。為保證樁基達到安全、經(jīng)濟的設(shè)計效果，應在樁基施工前進行試樁，以檢驗設(shè)計成果并為優(yōu)化設(shè)計提供可靠依據(jù)。

［1］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.洪莊子泵站初步設(shè)計報告［R］.2009.

［2］GB/T50265—97，泵站設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］龔曉南.地基處理手冊（第三版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］史佩棟.樁基工程手冊（樁和樁基礎(chǔ)手冊）［K］.北京：人民交通出版社，2008.

［6］JTJ94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］天津華勘基礎(chǔ)工程檢測有限公司.洪莊子泵站樁基工程檢測報告［R］.2010.

［8］JTJ106—2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

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1672-9900（2011）03-0062-03

2011-03-30

武慶安（1971—），男（漢族），河北文安人，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作，（Tel）13642077381。