博斯騰湖東泵站地基處理方案比較

洪 輝

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒市 841000)

博斯騰湖位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內，博斯騰湖東泵站(以簡稱東泵站)位于博湖西南角，距庫爾勒市64kg。東泵站工程是塔里木河近期綜合治理項目的三個標志性工程之一，工程概算投資為14754.08萬元，設計抽水流量為45m3/s，加大抽水流量為54m3/s，裝機容量為5×1100kW。東泵站工程主要由引水渠、上游翼墻、攔污橋、進水池、主副廠房、出水池、安裝間和110kV輸電線路組成。工程規(guī)模為大(二)型，工程等別為Ⅱ等，工程設計防洪標準為50年一遇，校核防洪標準為200年一遇，工程設防烈度為7度。

東泵站工程建成后對改善塔里木河下游的生態(tài)環(huán)境有重要作用。

1 場區(qū)的工程地質

場地位于天山南麓博斯騰湖南岸，地貌單元為庫魯塔格山山前洪積與湖濱沉積交錯地帶，地形南高北低。站址區(qū)在湖濱沼澤濕地區(qū)，地形略有起伏，高程1047.5～1049.3m。近廠區(qū)地震活動很弱，現(xiàn)代活動不明顯，站區(qū)處于區(qū)域構造相對穩(wěn)定地段上，地震基本烈度為七度。

站址區(qū)出露地層均為第四系湖積物，1層為全新統(tǒng)淤泥質土、松散，厚1.0～1.6m，施工時已清除。2層為全新統(tǒng)粉質壤土，埋深1.6～3.6m，厚2m左右，結構中密，施工時已清除。3層湖積中細砂，黃褐色，埋深3.6～13m之間，層厚8～10m，密實或極密實砂。4層為灰和銹黃色相間粉質粘土，堅硬密實，承載力高。開工時表部潛水接近地表。

泵站主廠房基礎設置在1035.5m粉質粘土層上，施工時，該部位的中細砂全部挖除。上游翼墻、攔污橋、進水池、副廠房、安裝間和出水池基礎設置在埋深3.6～13m(1045.4～1036.0m)之間厚9.4m中細砂層。按初設報告，9m以上有液化可能性(1040.0m)以上，9～13m砂層不液化。13m以下為巨厚層粉質粘土層。

該站址上游翼墻、攔污橋、進水池、副廠房、出水池和安裝閘主要受力層為中細砂，施工揭露其頂板埋深2.81～3.5m，按原初勘報告，標貫擊數(shù)17～18擊，干密度ρd=1.6～1.88g/cm3，壓縮系數(shù) a0.1－0.3=0.05 ～0.14MPa－1，壓縮模數(shù) Es=12.1～26.9MPa－1，天然孔隙率 e=0.416 ～0.601，小于0.8，屬緊密砂，低壓縮性，建議中細砂地基承載力fk=160～180kPa。設計要求地基承載力標準值fk≥350kPa，因該砂層地基承載力不能滿足設計要求，并存在地基液化問題，原設計采取振沖擠密樁處理，如表1所示。

2 中細砂層地基承載力評價

施工階段，根據(jù)泵站基坑的實際開挖情況，業(yè)主、設計及監(jiān)理會議決定對原勘察資料進行復核，并補充了一些地質勘察工作。

(1)對泵站開挖基坑中細砂層做原狀試驗9次，干密度ρd=1.72～1.83g/cm3，相對密度Dr=0.84～0.96，承載力fk=260～280kPa。

(2)山西省地質工程勘察院在站址打4個勘探鉆孔，在埋深4m以下中細砂層進行21次標準貫入試驗，最低35擊，最高170擊，平均90擊，建議fk=350kPa以上。

表1 地基振沖擠密樁處理參數(shù)表

(3)相對密度Dr=0.67～1.0為密實或極密實砂，本場地為0.84～0.96，屬極密實砂。天然空隙比e＜0.8屬緊密狀態(tài)，而本場地 e=0.416～0.601。根據(jù)重(Ⅱ)型勘探擊數(shù)N63.5＞9擊為密實砂，而本場地N63.5=12～45擊。根據(jù)標貫試驗，國際和南京水科所N63.5＞50擊為極密實砂，而本場地平均擊數(shù)60擊，判別本場地中細砂屬極密實狀態(tài)是可靠的。本場地中細砂天然狀態(tài)可保持直立，也證實這一點。

(4)地基承載力 fk按 Dr＞0.67，fk=350kPa。按標準貫入擊數(shù)確定:N63.5=59～60擊時，fk＞350kPa。按重(Ⅱ)型錘擊數(shù) N63.5＞10擊，fk=300kPa，而本場地 N63.5=12～42擊，fk＞400kPa。即按土工試驗資料fk=260～280kPa，深寬修正后也達到380kPa。

綜合上所述，本場地埋深4.0m以下中細砂層地基承載力fk＞350kPa是可靠的，完全可滿足設計要求。

3 地基液化評價

施工階段，業(yè)主、設計及監(jiān)理會議研究認為，1043.0m以下中細砂層不存在液化問題，原因有以下幾方面。

(1)地震烈度及地質構造。本場地地震基本烈度為七度，站址附近斷裂活動不明顯，在構造上本場地處于區(qū)域構造相對穩(wěn)定地段。

(2)本場地在可研和初設階段共打鉆孔14個，鉆孔標貫342次。僅在ZK1一個鉆孔深度6m、8m、9m存在液化問題。這樣小的機率不能排除其偶然性，或許因鉆機操作時，清孔不凈或殘留巖心等原因造成。一般規(guī)律是場地有液化問題是普遍的，即或砂層分布不均勻也應大部分鉆孔應有或輕或重的反應，決不會只有一個鉆孔存在液化問題。

(3)液化鉆孔 ZK1位于主廠房中心(初設報告)，而主廠房中細砂已全部挖除，基礎坐在粘土層上，根本不存在液化問題。副廠房、出水池、安裝間的13個鉆孔又不存在液化鉆孔。

(4)從可研和初設13個鉆孔標貫擊數(shù)18～47擊，實際標貫擊數(shù)大于臨界標貫擊數(shù)，不存在液化問題。實際13個鉆孔是對ZK1孔的校正。施工階段在中細砂層中所打5個鉆孔和進行標貫試驗58次，施工資料真實可靠。58次標貫最小擊數(shù)32～37擊，平均擊數(shù)54～75擊，再次證明中細砂層在7度地震時不存在地基液化問題。

從施工開挖中監(jiān)理和施工單位取原狀樣Dr＞0.8設計院取樣試驗 Dr=0.7～0.8，ρd=1.72～1.83g/cm3，初設報告ρd=1.60～1.88g/cm3，這些數(shù)字說明該砂層屬于密實或極密實砂，不存在地基液化問題。

4 地基處理意見

根據(jù)施工階段對泵站地基承，載力和液化問題的評價，說明該泵站工程地質條件優(yōu)良，中細砂層在高程1043m以下，地基承載力fk達到350kPa以上，完全滿足設計要求。在地震烈度七度時，不存在地基液化問題。

施工階段，經參建各方討論分析論證，最終采用砂礫石置換基礎，改變振沖擠密樁設計方案，已實施。同時，由于高程1043m以下中細砂承載力及地基液化均不存在問題，經參建各方討論分析論證，又將中細砂層的開挖高程從1038m提高到1040m，減少開挖量及回填量各7000m3，充分發(fā)揮了原地層的潛力。

5 振沖擠密樁地基處理方案和砂礫石置換基礎方案的比較

5.1 投資比較

根據(jù)施工設計圖紙，引水渠，攔污橋，進水池、副廠房、出水池，安裝間采用振沖擠密樁，總造樁進尺1.4669m，樁數(shù)1834根，實際總投資22.11萬元。

按振沖擠密樁設計圖紙，樁頂需鋪設0.5m厚砂礫墊層，場區(qū)樁頂沙礫墊層共需4557.91m3，沙礫墊層單價為26元/m3，共需投資11.85萬元。

副廠房和出水池振沖擠密樁施工前按設計圖紙應對已開挖基坑回填中細砂，回填中細砂總計2.49m3，回填中細砂單價為12.43元/m3，共需投資30.92萬元。

振沖擠密樁地基處理方案共需工程投資26.38萬元。砂礫石置換基礎地基處理方案后共需砂礫料2.99萬m3，砂礫料單價26元/m3，砂礫石置換基礎地基處理方案總投資73.18萬元，節(jié)省工程直接投資190.65萬元。

5.2 工期比較

按照振沖緊密樁試驗，副廠房和出水池樁長＞10m，每樁需65～70min，按60min造長樁一根，814根需時40.7d(每臺機一天造20根)，上游翼墻，攔污橋，進水池，安裝間每小時造2根，(包括移動20min)，1020根短樁需25.5d，(40根/d)，共需66.2工日，振沖試驗樁質檢和各建筑物振沖擠密樁質檢各需要等14d后方可進行。質檢時間為3d，共需97個臺日，加之風沙雨日即100臺日。按兩臺振沖機計算，整個泵站的振沖緊密樁最少需50d才能完成。采用砂礫石置換基礎處理泵站地基后，節(jié)省施工時間50d。

6 結語

綜上所述，我們在泵站施工階段，對原地質勘察資料進行了詳細分析，并補充了少量勘察試驗工作，經過對2種地基處理方案的比較，最終采用了砂礫石置換基礎處理泵站地基，為工程節(jié)省了投資和施工時間。因此，施工階段復核原勘察資料是非常重要的，但在評價這些資料時必須公正、客觀才能得出正確結論。