排澇泵站地基承載力特征值的確定及地基處理設計

伍美華

（杭州水利水電勘測設計院有限公司，杭州浙江310020）

排澇泵站地基承載力特征值的確定及地基處理設計

伍美華

（杭州水利水電勘測設計院有限公司，杭州浙江310020）

在詳細分析排澇站工程地質(zhì)以及工程區(qū)地基承載力的的基礎上，比較分析換填法、預壓法、深層水泥攪拌法及鉆孔灌注樁法等多種軟土地基加固方法，通過計算表明，鉆孔灌注樁加固后的復合地基可滿足建筑設計要求，最終確定鉆孔灌注樁法為本工程的地基加固方法。

泵站；排澇；軟土地基；地基承載力；鉆孔灌注樁

隨著城市建設及道路整治等工程項目的實施，區(qū)域排水設施得到不斷完善，但由于局部地區(qū)地勢低洼、排水設施設計標準偏低、雨水管網(wǎng)破損淤積、雨水管網(wǎng)出口高程低于河道常水位等原因，在大暴雨情況下仍有一些區(qū)域存在不同程度的積水現(xiàn)象，形成易澇點。而城市部分河道容積小、泄洪慢，匯水能力不足，延長了澇區(qū)淹沒時間。排澇泵站的實施能夠有效提高城市區(qū)域河網(wǎng)的排澇能力，降低平原河網(wǎng)洪澇水位，減輕城區(qū)受災損失。

軟土地區(qū)地基承載力低，在認真調(diào)查地質(zhì)情況下，綜合分析各種地基處理方法，擇優(yōu)選擇以滿足設計要求。通過某中型排澇泵站地基承載力特征值計算，說明軟土地基的加固設計。

1 工程概況

某排澇泵站為中型泵站，設計排澇流量15m3/s，設3臺潛水立式軸流泵，單泵流量5m3/ s（配套電機220kW）。泵站采用地下式潛水泵站，總寬14.7m，總長25m，由南向北依次布置攔污柵、進水流道檢修門槽、泵室、拍門檢修門槽。排澇閘凈寬15.0m，采用翻板式鋼閘門。工程平面上采用泵站與閘站合建型式，即一字型布置，見圖1。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察得出地質(zhì)情況，工程區(qū)各巖土層的巖性特征自上而下，見表1。

3 地基承載力特征值

根據(jù)規(guī)范［1-2］，排澇站基底應力計算公式為：

∑G—作用于排澇站基礎底面以上的全部豎向荷載（包括泵房（閘室）基礎底面上的揚壓力在內(nèi)，kN）；

A—排澇站基礎底面面積（m2）；

∑Wx、Wy—作用于排澇站基礎底面以上的全部豎向和水平向荷載對于基礎底面形心軸x、y的力矩（kN·m）；

∑Wx、Wy—排澇站基礎底面對于該底面形心軸x、y的截面矩（m3）。

基底應力計算工況如下：

（1）完建工況；排澇站上、下游無水；

（2）設計工況：外江30年一遇洪水位5.65m，內(nèi)河常水位4.50m；

（3）校核工況：外江100年一遇洪水位5.80m，內(nèi)河常水位4.50m。

排澇站基底應力計算成果見表2、3。

圖1 排澇泵站橫斷面圖

表1 土層分布及物理力學指標

表2 閘室基底應力計算成果表

表3 泵室基底應力計算成果表

根據(jù)規(guī)范，土基上的閘室（泵房）穩(wěn)定應滿足下列要求：在各種計算情況下，閘室（泵房）的平均基底應力不大于地基允許承載力，最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍。根據(jù)地質(zhì)提供資料，排澇泵站基礎為淤泥，其承載力標準值f k= 50kP a，從計算結果表中可知，排澇泵站最大基底應力118.55kP a＞60 kP a（1.2倍地基承載力特征值），平均基底應力35.54～95.34kP a，不滿足地基承載力特征值＞50kP a的要求，必須采取工程措施對地基進行處理。

4 地基處理設計

排澇泵站基礎為淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其地基承載力標準值不能滿足建筑物要求，必須對地基進行加固處理。

4.1 地基處理方案比較

根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》，軟土地基加固的方法主要有換填法、預壓法和復合地基，復合地基包括深層水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁等。

（1）換填法：換填法先將基礎底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖除，然后分層回填較好的砂石、灰土、碎石、粉煤灰等［3］，適用于墊層厚度在0.5～3.0m。由于本工程地基淤泥質(zhì)土層較厚，換填法工程量大，難以實施。

（2）預壓法：對大面積厚層軟土地基，可采用砂井預壓、真空預壓、堆載預壓等措施，以加快地基排水固結，提高其抗剪強度［4］。預壓法加固地基需考慮預壓施工對鄰近建筑物、地下管線等產(chǎn)生附加沉降的影響［5］。本工程地基為透水性較差的淤泥質(zhì)粘（粉土）土，且工程周圍為民房和城市主干道，預壓法不適用。

（3）深層水泥攪拌樁：利用水泥（石灰）等材料固化劑與軟土進行強制攪拌，固化劑與軟土發(fā)生一系列物理、化學反應后形成整體性、水穩(wěn)性好和較高強度的水泥加固體，與天然地基形成復合地基。水泥攪拌樁對提高地基承載力和減小基礎沉降有一定效果。但如果不進行前期的預壓沉降處理，僅采用水泥攪拌樁進行地基處理很難滿足規(guī)范對建筑物的沉降要求［6］。

（4）鉆孔灌注樁基礎：根據(jù)成孔方式不同可分為泥漿護壁成孔灌注樁、干作業(yè)成孔灌注樁、套管成孔灌注樁、爆擴成孔灌注樁。灌注樁能適應復雜地層，但在軟土地區(qū)易出現(xiàn)土層與底板脫空現(xiàn)象，這種情況可通過設置與底板剛性連接的防滲墻（高壓旋噴樁防滲帷幕）或預留注漿管進行充填灌漿的措施來解決。

4.2 地基處理設計

本工程采用鉆孔灌注樁進行地基加固處理。采用C 25鉆孔灌注樁，直徑80c m，樁長25～26.9m，按行列式排列。閘室底板樁間距3.3m×3.0m，共計48根樁；泵室底板樁間距2.9m×2.8m，共計45根樁。樁型為摩擦樁，持力層為含砂粉質(zhì)粘土（承載力特征值為120kP a），樁底高程-26.4m，頂部嵌入底板10c m。

4.3 樁基承載力計算

根據(jù)規(guī)范［7］，單樁豎向極限承載力標準值按如下公式計算：

單樁豎向極限承載力特征值按如下公式計算：

式中：

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

qsik、qpk—樁周第i層土的側阻力、樁端阻力極限標準值（kP a）；

Ap—樁底端橫截面面積（m2）；

Qsik、Qpk—單樁總極限側阻力、總極限端阻力標準值（kN）；

li—第i層土層厚度（m）；

up—樁身周長（m）；

K—安全系數(shù)，取K=2。

復合地基承載力特征值計算公式為：

式中：λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.9；

β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；

m—面積置換率，計算得m=0.0576；

fsk—處理后樁間土承載力特征值。

鉆孔灌注樁單樁豎向承載力計算結果見表4。

根據(jù)泵站基底應力計算結果，各種荷載組合下泵房基底平均應力最大值為95.34kP a＜128.88kP a，基底最大應力118.55kP a＜154.66kP a（1.2× 103.64kP a），可見地基經(jīng)鉆孔灌注樁加固處理后可以滿足要求。

表4 樁基承載力計算結果表

5 結語

在詳細分析排澇站工程地質(zhì)以及工程區(qū)地基承載力的的基礎上，利用鉆孔灌注樁加固地基形成的復合地基可滿足建筑設計要求，說明鉆孔灌注樁的端承和側阻作用可以有效增強地基承載力，減少地基沉降變形。鉆孔灌注樁復合地基可在水利工程地基處理中應用。

［1］GB/50265-2010.泵站設計規(guī)范［S］.

［2］SL265-2001.水閘設計規(guī)范［S］.

［3］唐安軍，劉紅.論水利工程常用地基處理方法［J］.水利規(guī)劃與設計，2010（06）

［4］江正榮.地基與基礎施工手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［5］J G J 79-2012.建筑地基處理技術規(guī)范［S］.

［6］吳雄遠.沿海粉細砂泵閘地基處理設計［J］.甘肅水利水電技術，2014（04）：39-48.

［7］J G J 94-2008.建筑樁基技術規(guī)范［S］.

文獻標識碼： 文章編號：1672-2469（2015）05-0114-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.035

伍美華（1982年—），女，工程師。