池州市清溪河排澇站地基處理設(shè)計

王 楊， 薛 龍

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院，安徽 合肥 230000)

池州市清溪河排澇站地基處理設(shè)計

王 楊， 薛 龍

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院，安徽 合肥 230000)

文章介紹了池州市清溪河排澇站工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，分析和研究了站身地基處理方案，通過對地基采用釘形水泥土雙向攪拌樁進(jìn)行加固，從而有效提高地基承載力，減少地基的沉降變形。

地基處理；釘形水泥土雙向攪拌樁；地基承載力特征值

清溪河排澇站具有抽排及自排功能，設(shè)計抽排流量為24.0m3/s，設(shè)計自排流量為30.0m3/s，設(shè)計凈揚程為6.1m，總裝機容量2700kW，安裝6臺1200ZDB-85型潛水泵，配套YQGN990-12電機，單機容量450kW，排澇出水涵洞穿越白洋河堤防。工程等別為Ⅲ等，站身、排澇進(jìn)水閘、前池、壓力水箱級別均為3級。由于白洋河堤防級別為2級，排澇出水涵穿越白洋河堤防，建筑物級別為2級。

1 泵站地基處理設(shè)計

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

擬建清溪河排澇站工程區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四紀(jì)堆積物和奧陶紀(jì)沉積巖。根據(jù)鉆探揭露，地層自上而下分為5層，分層描述如下：①層雜填土，主要成份為輕粉質(zhì)壤土，局部填筑有軟塑狀的灰色粘土及腐殖質(zhì)；②層輕粉質(zhì)壤土，可塑狀態(tài)，濕，干強度中等；③層淤泥質(zhì)輕粉質(zhì)壤土，流塑狀態(tài)，夾軟塑輕粉質(zhì)壤土，飽和，含粉細(xì)砂、有機質(zhì)、腐殖質(zhì)等，聞有臭味；④層含卵石圓礫，中密，飽和，該層以圓礫為主，顆粒為圓形和亞圓形，主要充填物為中粗砂，中密狀，顆粒級配一般；⑤層中風(fēng)化石灰?guī)r，結(jié)構(gòu)部分破壞，巖體較完整，為較軟巖。站身建基面均在③層淤泥質(zhì)輕粉質(zhì)壤土層，土層軟弱，壓縮性高，天然地基承載力僅70kPa，標(biāo)貫擊數(shù)平均值2.3。

1.2 建筑物穩(wěn)定計算

站身為整體式結(jié)構(gòu)，無傾覆問題，故不需計算抗傾穩(wěn)定性，僅計算抗滑、抗浮穩(wěn)定性和基底應(yīng)力。

(1)計算公式。抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算如式(1)

(1)

其中，Kc為土基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑G為作用于站身基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載(包括構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面上的揚壓力在內(nèi))；∑H為作用于站身基礎(chǔ)底面以上的全部水平荷載；f為站身基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)，站身底板坐落在3層淤泥質(zhì)輕粉質(zhì)壤土上，取f=0.22。

基底應(yīng)力計算公式如式(2)

(2)

其中，σmax、σmin分別為站身基礎(chǔ)底面應(yīng)力的最大、最小值；∑Mx、∑My分別為作用于站身基礎(chǔ)底面以上的全部水平向和豎向荷載對于基礎(chǔ)底面形心軸x、y的力矩；Wx、Wy分別為站身基礎(chǔ)底面對于該底面形心軸x、y的截面矩；A為站身基礎(chǔ)底面面積。

抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式如式(3)

(3)

其中，Kf為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；∑V為作用于站身基礎(chǔ)底面上的全部重力；∑U為作用于站身基礎(chǔ)底面上的揚壓力。

基礎(chǔ)底面應(yīng)力不均勻系數(shù)計算公式如式(4)

(4)

(2)計算工況及計算結(jié)果。計算成果如表1所列。

表1 站身穩(wěn)定計算成果表

表1結(jié)果表明，站身抗滑、抗浮安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求?；讘?yīng)力大于天然地基允許承載力，不滿足設(shè)計要求，地基應(yīng)加固處理。

1.3 地基處理方案擬定

淺部地基常用的處理方法有：換土法、鉆孔灌注樁法、壓密注漿法及水泥土攪拌樁法等，換土法施工簡單、質(zhì)量可控，但本工程軟弱土層較厚，不適宜采用換土法；鉆孔灌注樁法技術(shù)成熟，但工程造價較高；壓密注漿法施工質(zhì)量較依賴于工人的施工經(jīng)驗，質(zhì)量可控性較差，但工程造價較低；水泥土攪拌樁法工藝簡單，施工速度快且造價較低，但是施工過程中難以保證樁體水泥土攪拌均勻，且在土壓力、孔隙水壓力、噴漿壓力的相互作用下，水泥漿沿鉆桿上行，普遍存在地面冒漿現(xiàn)象，影響地基水泥漿摻入量，從而影響工程質(zhì)量。

經(jīng)綜合分析，本工程擬采用在常規(guī)水泥土攪拌樁基礎(chǔ)上加以改進(jìn)后形成的新型地基加固處理方法，即釘形水泥土雙向攪拌樁法進(jìn)行軟基加固。施工時將水泥土攪拌樁成樁機械的鉆桿改進(jìn)為同心雙軸鉆桿，通過正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時雙向攪拌水泥土，阻斷水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質(zhì)量。

1.4 釘形水泥土雙向攪拌樁設(shè)計

釘形水泥土雙向攪拌樁應(yīng)按復(fù)合地基要求計算，并進(jìn)行地基變形驗算。

根據(jù)經(jīng)驗，釘形水泥土雙向攪拌樁的擴大頭高度宜不大于樁長的1/3，下部樁徑不宜小于500mm，上、下樁徑比宜在1.8～2.4之間，樁間距應(yīng)根據(jù)復(fù)合地基的承載力、建(構(gòu))筑物允許沉降量、土性、施工工藝等確定，宜取1.8m～2.4m。釘形水泥土雙向攪拌樁樁身水泥摻入比應(yīng)根據(jù)單樁承載力，通過室內(nèi)配比確定，水泥摻入量宜為被加固濕土質(zhì)量的12%～18%。水灰比可選用0.50～0.60，地基含水量高者取小值。根據(jù)土質(zhì)條件可適當(dāng)選用添加劑，添加劑的選用應(yīng)先進(jìn)行室內(nèi)配比試驗。

本工程初擬樁徑0.5m，擴大頭部位樁徑1.0m，樁長10.0m，其中擴大頭部位樁長3.0m，樁距2.0m，深入④層卵石層不小于1.0m。釘形水泥土雙向攪拌樁樁身水泥摻入比取16%，共布置259根樁。

在釘形水泥土雙向攪拌樁與剛性基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，褥墊層厚度宜取0.3m～0.5m。考慮到本工程地基防滲要求，在釘形水泥土雙向攪拌樁與站身底板之間設(shè)置0.5m厚的水泥土褥墊層。

1.5 復(fù)合地基承載力計算及地基變形計算

(1)復(fù)合地基承載力計算。釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值按式(5)計算：

(5)

經(jīng)計算，單樁承載力特征值為136.4kN，復(fù)合地基承載力為118.4kPa。站身最大基底應(yīng)力為114.11kPa，小于復(fù)合地基承載力，滿足設(shè)計要求。

(2)地基處理后的變形驗算。地基處理后的變形計算文[4]的有關(guān)規(guī)定計算。復(fù)合土層的分層與天然地基相同(在變截面處應(yīng)分層計算)，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量與樁體壓縮模量按照面積置換率加權(quán)平均，計算公式為

(6)

其中，Espi為第i層土體深度范圍內(nèi)復(fù)合地基壓縮模量；Ep為樁體壓縮模量；mi為第i層土體深度范圍內(nèi)樁體面積置換率；Esi為第i層土體深度范圍內(nèi)地基土壓縮模量。

地基變形計算深度應(yīng)大于復(fù)合地基的處理深度，并應(yīng)符合文[1]中地基變形計算深度的有關(guān)規(guī)定。

豎向承載的釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基沉降包括擴大頭深度范圍內(nèi)復(fù)合土層平均壓縮變形量s1、下部樁體深度范圍內(nèi)復(fù)合土層平均壓縮變形量s2和樁端下部未加固土層平均壓縮變形量s3。s1按式(7)計算

(7)

(8)

經(jīng)計算，加固后站基沉降量為50mm，較加固前減少了46mm，滿足設(shè)計要求。

2 結(jié)束語

本工程軟土地基采用釘形水泥土雙向攪拌樁進(jìn)行加固，提高了地基承載力，減少了地基的沉降變形，計算結(jié)果滿足規(guī)范和設(shè)計要求。工程實施后，經(jīng)現(xiàn)場單樁復(fù)合地基靜載荷試驗，結(jié)果亦滿足設(shè)計要求，達(dá)到預(yù)期的效果。地基處理方法很多，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的地基處理方法不斷出現(xiàn)，本文只是其中的一種，為類似工程提供一定參考。

[1] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 工程地質(zhì)手冊編委會.工程地質(zhì)手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3] 徐至鈞，曹名葆.水泥土攪拌法處理地基[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 安徽省水利水電勘測設(shè)計院.池州市清溪河流域綜合治理工程初步設(shè)計報告[R].2011.

(責(zé)任編輯 陳化鋼)

Ground treatment design of Chizhou QingXi River Pumping Station

WANG Yang， XUE Long

(Anhui Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower，Hefei 230000,China)

This paper introduces the Chizhou QingXi River pumping station project geological structure, analyzes and researches foundation treatment scheme of the station, through the ground improvement by T-shaped bidirectional deep mixing column, thus effectively improve the subsoil bearing capacity and reduce settlement deformation.

ground improvement；T-shaped bidirectional deep mixing column；characteristic value of subgrade bearing capacity

2015-05-05；

2015-05-11

王 楊(1984-)，女，安徽東至人，助理工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.03.005

TV223

A

1671-6221(2015)03-0013-04