西岸泵站地基處理方案優(yōu)選及應(yīng)用

胡偉賢

摘要：綜合考慮佛山市南海區(qū)西岸泵站工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件、環(huán)境保護(hù)和運(yùn)行要求等因素，初選Ф400預(yù)應(yīng)力砼管樁復(fù)合地基+鋼板樁截滲及Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲兩種地基處理方案。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和對比，最終確定Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲處理方案為本工程的地基處理方案。

Abstract： This paper comprehensively considers the engineering geological conditions， the upper structure characteristics， construction conditions， environmental protection and operation requirements and other factors of the pumping station of the west bank located in Nanhai District， Foshan City. Two kinds of ground treatment schemes of Ф400 prestressed concrete pipe pile composite foundation + steel sheet pile seepage and Ф500 cement mixing composite foundation + cement mixing pile seepage are selected. Through the technical and economic analysis and comparison， the treatment scheme of Ф500 cement mixing composite foundation + cement mixing pile seepage is eventually determined to be the ground treatment scheme of this project.

關(guān)鍵詞：泵站；復(fù)合地基；水泥攪拌法

Key words： pump station；composite foundation；cement mixing method

中圖分類號：TV553 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0131-03

0 引言

排澇泵站能夠有效提高河網(wǎng)的排澇能力，降低平原河網(wǎng)區(qū)的洪澇水位，減輕受災(zāi)損失。作為城市防汛體系的重要組成部分，排澇泵站的建設(shè)得到各級政府的大力支持。實(shí)踐表明，大部分排澇泵站的破環(huán)或失事是由于地基缺陷或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不妥而造成的。因此在排澇泵站設(shè)計(jì)中，尤其要重視地基處理設(shè)計(jì)。綜合考慮佛山市南海區(qū)西岸泵站工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件、環(huán)境保護(hù)和運(yùn)行要求等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和對比，擇優(yōu)選擇滿足工程設(shè)計(jì)要求的地基處理方案。

1 工程概況

西岸泵站為中型泵站，按照10年一遇24h設(shè)計(jì)暴雨1天排完且最高控制內(nèi)涌水位2.0m（珠基）排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量20m3/s。泵站選裝5臺(tái)1200ZLQ-85型立式軸流泵，配用5臺(tái)YL-560-12（TH）型立式異步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)揚(yáng)程工況下單泵裝機(jī)流量4.16m3/s，總裝機(jī)流量20.8m3/s，單泵裝機(jī)容量為400kW，總裝機(jī)容量為2000kW。工程永久性主要建筑物為3級，永久性次要建筑物為4級。工程所在地抗震設(shè)防烈度為7度。泵站建筑物按進(jìn)出水口方向順序布置為：內(nèi)引涌、內(nèi)涌清污閘、內(nèi)涌進(jìn)水池、泵房、外江出水涵洞、外江防洪閘、外江護(hù)坦、外江護(hù)底及防沖槽。工程建基面位于松軟地基上，需采取地基加固措施。

2 工程地質(zhì)

經(jīng)鉆孔揭露，場地地基由人工填土（QS）和第四系河流相沖積層（Qal）組成，未揭露至風(fēng)化基巖。在鉆探深度范圍內(nèi)，自上而下共分4層，分述如下：

①筑填土：層厚3.60～9.50m。土層呈土黃、灰黃等色，很濕～飽和，以粉土或粉質(zhì)粘土混少量砂粒等回填為主，粘性弱，稍壓實(shí)。主要物理力學(xué)指標(biāo)平均值為：天然含水率Wo=25.2%，天然密度ρo=1.93g/cm3，壓縮模量Es=4.91MPa，直接快剪試驗(yàn)：凝聚力C=24.5kPa、摩擦角Ф=12.4°。承載力特征值fak=241kPa。

②淤泥質(zhì)土，局部軟塑狀粉質(zhì)粘土：厚度0.60～6.20m。土層呈深灰色，飽和，流塑，多含砂，夾粉砂薄層，局部為軟塑狀粉質(zhì)粘土。主要物理力學(xué)指標(biāo)平均值為：天然含水率Wo=42.6%，天然密度ρo=1.74g/cm3，壓縮模量Es=3.16MPa，直接快剪試驗(yàn)：凝聚力C=7.6kPa、摩擦角Ф=4.3°，慢剪試驗(yàn)：凝聚力C=30.7kPa、摩擦角Ф=17.7°。承載力特征值fak=60kPa。

③粉細(xì)砂：厚度2.80～21.50m。呈深灰色、灰色，飽和，稍密～中密，級配不良，顆粒均一。多含淤泥質(zhì)，局部夾淤泥質(zhì)土薄層。主要物理力學(xué)指標(biāo)平均值為：天然含水率Wo=25.7%，天然密度ρo=1.91g/cm3，壓縮模量Es=13.49MPa，直接快剪試驗(yàn)?zāi)哿=9.4kPa、摩擦角Ф=28.0°。承載力特征值fak=125kPa。當(dāng)發(fā)生地震烈度7度時(shí)，第③層粉細(xì)砂可能會(huì)產(chǎn)生輕微的液化。

④中砂：揭露厚度3.70～22.00m。呈深灰色、灰色，飽和，中密為主。級配不良，偶含細(xì)礫。多含淤泥質(zhì)或夾淤泥質(zhì)土薄層。主要物理力學(xué)指標(biāo)平均值為：天然含水率Wo=19.1%，天然密度ρo=1.96g/cm3，壓縮模量Es=9.09MPa，直接快剪試驗(yàn)?zāi)哿=7.2kPa、摩擦角Ф=32.1°。承載力特征值fak=150kPa。

3 地基的使用要求及驗(yàn)算

地基應(yīng)滿足承載能力、穩(wěn)定和變形要求。主要包括：①泵站地基滿足滲透穩(wěn)定要求；②泵站各建筑物地基承載力滿足要求；③主要建筑物（泵房、出水涵洞、外江防洪閘）滿足地基允許沉降量及沉降差要求；④主要建筑物抗震要求。

3.1 地基滲透穩(wěn)定驗(yàn)算

規(guī)范[1-2]要求滲徑中水平段和出口段的滲流坡降滿足允許滲流坡降值要求。采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算，出口段滲流坡降0.175～0.295，小于規(guī)范[1]要求的0.30；水平段滲流坡降0.049～0.083，某些工況下不滿足規(guī)范[1]要求的0.07，需對地基防滲處理。

3.2 地基承載力驗(yàn)算

規(guī)范要求[1-2]建筑物基礎(chǔ)底面平均基底應(yīng)力不應(yīng)大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不應(yīng)大于地基允許承載力的1.2倍。按規(guī)范[1-3]公式對各建筑物基礎(chǔ)底面應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。出水涵洞及外江防洪閘地基承載力不滿足要求，需作工程處理。

3.3 地基變形要求

參考規(guī)范[1，4]對地基變形允許值要求，工程主要建筑物允許沉降量不大于100mm，允許沉降差不大于30mm。

3.4 抗震要求

規(guī)范[2]要求對有可能發(fā)生液化的土層進(jìn)行處理。泵房建基面位于第③層粉細(xì)砂層，需采取措施。

4 地基處理設(shè)計(jì)

4.1 地基處理方案初選

工程地基處理設(shè)計(jì)需解決出水涵洞及外江防洪閘地基承載力不足、截滲及防止地基液化的問題。土質(zhì)地基常用的處理方法有換填墊層法、強(qiáng)力夯實(shí)法、振沖法、水泥土攪拌法、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)等。出水涵洞及外江防洪閘建基面下方有2.5m～4m的淤泥質(zhì)土層，換填墊層法、強(qiáng)力夯實(shí)法、振沖法對于此種地基的處理不適用，沉井基礎(chǔ)造價(jià)過高。常用的樁基礎(chǔ)有預(yù)應(yīng)力砼管樁及鉆孔樁。鉆孔樁與預(yù)應(yīng)力砼管樁相比，造價(jià)較貴，施工周期較長，樁身質(zhì)量不易保證，且有泥漿排出污染環(huán)境，因此初擬Ф400預(yù)應(yīng)力砼管樁復(fù)合地基+鋼板樁截滲及Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲兩種地基處理方案進(jìn)行比較。

4.2 地基處理方案比選

Ф400預(yù)應(yīng)力砼管樁復(fù)合地基+鋼板樁截滲方案利用管樁加固出水涵洞及外江防洪閘地基，提高承載力，鋼板樁截滲及對泵房地基圍封加固處理。Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲方案利用水泥攪拌樁加固出水涵洞及外江防洪閘地基，提高承載力，密排水泥攪拌樁截滲及對泵房地基圍封加固處理。兩種方案的技術(shù)比較見表2，經(jīng)濟(jì)比較見表3。在工期允許情況下，綜合考慮施工條件、對環(huán)境影響及工程造價(jià)等因素，認(rèn)為Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲處理方案較適用于本工程。

4.3 地基處理設(shè)計(jì)

工程地基處理方案選用Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲。攪拌樁一般采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀四種布樁形式。根據(jù)工程地質(zhì)條件及上部結(jié)構(gòu)荷載要求，加固地基用攪拌樁，出水涵洞1、出水涵洞2、外江防洪閘采用柱狀布置，出水涵洞3采用壁狀布置。設(shè)計(jì)樁長均為9m，出水涵洞1樁間距1250mm×1250mm，出水涵洞2樁間距1000mm×1000mm，出水涵洞3樁間距1000mm×500mm，外江防洪閘樁間距800mm×800mm。截滲及圍封用攪拌樁采用雙排壁狀布置，樁間距400mm，在外江防洪閘與出水涵洞、出水涵洞與出水涵洞間共布設(shè)3道水泥攪拌樁截滲墻，設(shè)計(jì)樁長9m，在泵房地基四周設(shè)1道水泥攪拌樁圍封，設(shè)計(jì)樁長7m。

4.4 地基承載力及變形復(fù)核

對采取上述方案加固處理的地基進(jìn)行承載力及變形的復(fù)核計(jì)算。

4.4.1 單樁承載力特征值計(jì)算

單樁承載力特征值按規(guī)范[5]公式計(jì)算，取樁周土和樁端土抗力提供的單樁承載力和樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力中的小值，為65kN。

4.4.2 攪拌樁復(fù)合地基承載力復(fù)核

按規(guī)范[5]公式計(jì)算水泥攪拌樁地基處理方案的復(fù)合地基承載力，計(jì)算結(jié)果見表4。

4.4.3 攪拌樁復(fù)合地基變形復(fù)核

按規(guī)范[5]公式計(jì)算水泥攪拌樁地基處理方案的地基變形，計(jì)算結(jié)果見表5。

綜上，經(jīng)處理后的地基滿足工程要求。

5 結(jié)語

Ф400預(yù)應(yīng)力砼管樁復(fù)合地基+鋼板樁截滲方案及Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲方案對本工程的地基處理均有較強(qiáng)的適用性，均能很好解決工程地基處理設(shè)計(jì)中地基承載力不足、截滲及防止地基液化的問題。

工程在工期允許情況下，優(yōu)選在工程造價(jià)、維持地基整體性、減少對附近居民影響等方面有明顯優(yōu)勢的Ф500水泥攪拌樁復(fù)合地基+水泥攪拌樁截滲方案。從價(jià)值工程角度，該方案在中小型水利工程中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]SL265-2001，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB/50265-2010，泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB/50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]GB/50108-2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JGJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].