西碼頭泵站改造工程地質條件及評價

柳東亮

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

西碼頭泵站位于文安里西碼頭村，趙王新河南側。工程區(qū)為近代沉積，屬河流沖擊平原，地形起伏較大。地震動峰值加速度0.15g，相應地震烈度7°。本場地除素填土屬軟弱土外，其余土層為中軟土。建筑場地為Ⅲ類，場地土對建筑抗震屬一般地段。三官楊水電站位于趙王新渠左堤，包括排瀝、排減兩座站房。此站建成至今已運行50年，因年久失修，標準低、質量差，已不能正常運行，本工程欲對改泵站進行拆除重建。

2 西碼頭泵站工程地質評價

2.1 地質結構

勘探深度40.0m范圍內，揭露地層均為第四系（Q）松散推積物。依據地層成因及工程性質將所披露地層劃分為11個工程地質層，現自上而下分別進行。

2.1.1 黃褐色層壤土

以壤土為主，含少量沙壤土，可塑～軟塑，中～高壓縮性；4#，6#表層0.0～0.4m為雜填土，含磚塊和灰渣等。厚度4.30～5.50m；層底3.44～3.85m；層底埋深4.30～5.50m。

2.1.2 黃褐～灰褐色層壤土

可塑～軟塑，中～高壓縮性，中等干強度，中等韌性，局部為沙壤土與壤土互層，含有機質。厚度2.40～5.00m；層底標高-2.50～0.57m；層底埋深2.40～10.50m。

2.1.3 黃褐色層砂壤土

濕，中密～密實，搖震反映中等，無光澤反應，低干強度，低韌性，含有機質。厚度2.20～4.30m；層底標高-5.19～-3.94m；層底埋深7.10～14.30m。

2.1.4 黃褐色層壤土

可塑～軟塑，中壓縮性，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，含有機質，局部夾細砂薄層。厚度5.00～5.00m；底層標高-4.48～-4.43m；層底埋深7.40～7.50m。

2.1.5 灰色層壤土

可塑～軟塑，中～高壓縮性，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，含有機質和姜石。厚度5.00～6.10m；底層標高-10.60～-9.94m；層底埋深13.00～19.50m。

2.1.6 灰色層細砂

飽和，中密，以英石、長石為主，含黏粒和有機質。厚度7.00～7.30m；層底標高-11.86～-11.70m；層底埋深19.60～19.80m。

2.1.7 黃灰色層壤土

可塑，中壓縮性，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，含有機質和姜石。場區(qū)普遍分布，厚度5.50～6.80m；層底標高-17.60～-16.25m；層底埋深19.10～25.60m。

2.1.8 灰色層砂壤土

濕，密實，搖震反映中等，無光澤反應，低干強度，低韌性，含黏粒和有機質。場區(qū)普遍分布，厚度1.30～2.60m；層底標高-19.56～-17.56m；層底埋深21.60～27.50m。

2.1.9 黃褐色層壤土

可塑～軟塑，中壓縮性，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，含有機質。場區(qū)普遍分布，厚度4.50～5.80m；層底標高-24.80～-23.15m；層底埋深27.20～32.80m。

2.1.10 黃褐～灰褐色層壤土

可塑，中壓縮性，中等干強度，中等韌性，局部夾砂壤土，含有機質。場區(qū)普遍分布，厚度2.30～2.90m；層底標高-27.40～-25.65m；層底埋深29.80～35.10m。

2.1.11 黃褐色層壤土

可塑，中壓縮性，中等干強度，中等韌性，局部夾砂壤土，含有機質。該層未穿透。

2.2 土的物理力學性質

本工程勘察中，取原狀土樣198組，擾動樣19組，進行土的室內物理力學性質試驗。各土層物理學指標，按工程地質單元及層位、巖性分別統(tǒng)計，對子樣數大于等于6組的試驗指標提供其最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數；對子樣數大于3組的試驗指標僅提供平均值。在各參數的使用上應考慮參數的變異特性，以保證設計的合理性。

2.3 主要工程地質問題及措施

2.3.1 地震液化

根據GB50487—2008《水利水電工程地質勘察規(guī)范》土的液化判別規(guī)定，粒徑小于0.005mm的顆粒含量質量百分率在地震動峰值加速度0.15g小于17%，初判為液化土。對初步判定為可能液化土層進行復判，復判采用標準貫入錘擊數法。

式中 Ncr為液化判別保準貫入錘擊數臨界值；N0為液化判別標準貫入錘擊數基準值，N0取8；ds為飽和土標準貫入點深度（m），當標準貫入點在地面以下5m以內的深度時，ds=5m；ρc為黏粒含量質量百分率（%），當ρ＜3%時，ρc取3%；dw為地下水位深度（m），按含水層頂面埋藏深度計。

通過現場標準貫入錘擊數法進行復判，在地震動峰值加速度0.15g時，各土層不液化。

2.3.2 地基不均勻沉降

根據室內試驗，構筑物主要受力土層：

（1）③層砂土壤土壓縮系數0.15～0.30MPa-1，平均壓縮系數0.21MPa-1，屬中等壓縮性土。

（2）③-1壤土壤土壓縮系數0.30～0.48MPa-1，平均壓縮系數0.40MPa-1，屬中等壓縮性土。

（3）④層壤土壓縮系數0.26～0.63MPa-1，平均壓縮系數0.41MPa-1，屬中等～高壓縮性土。

（4）④-1層細砂，屬低壓縮性土。

（5）⑤層壤土壓縮系數0.26～0.39MPa-1，平均壓縮系數0.29MPa-1，屬中等壓縮性土。由于土質存在不均勻性、建基高程不同及上覆荷載的差異性，因此可能存在不均勻沉降的問題。

2.3.3 滲透變形

建溝筑物的主要受力層為③層砂壤土、③-1層壤土、④-1層細砂及④層壤土，在水頭作用下可能產生滲透變形。允許水力比降建議值分別取0.30，0.45，0.10，0.45。

2.3.4 閘基抗滑穩(wěn)定

建構筑物基礎坐落于③層砂壤土及③-1層壤土上，建議進行抗滑穩(wěn)定驗算。進行抗滑穩(wěn)定驗算時，地基上與混凝土底板之間的摩擦系數地質建議值取0.25。

2.3.5 凍土

工程區(qū)封凍期為每年11月至次年2月，標準凍土深度為0.60m。根據GB50324—2001《凍土工程地質勘察規(guī)范》，本工程區(qū)凍土凍結狀態(tài)持續(xù)時間T＜1年，最低月平均地面溫度小于等于0℃，則凍土類型應屬季節(jié)性凍土，其凍融特征為季節(jié)凍結。冬季施工應采取防凍害措施。

飽和無黏性土和少黏性土在地面以下15m深度范圍內，液化判別標準貫入錘擊數臨界值按公式（1）計算：

2.4 工程地質評價

（1）根據建構筑物基礎坐落的土層情況，天然地基承載力較低，一般介于90～110kPa。若基礎承載力和沉降變形不滿足要求時，建議采用樁基礎，如表1。

表1 采用樁基礎參數

樁型可采用鉆孔灌注樁，④-1層細砂及以下地層，分布穩(wěn)定且承載力高，可作為樁端持力層。設計單樁豎向承載力和水平承載力應結合試樁結果綜合確定，并按規(guī)范要求進行樁基質量檢測。

（2）勘察期間測得穩(wěn)定水位埋深2.30～9.00m，水位標高0.10～0.17m。地下水對施工有影響，建議采取降、排水措施。

（3）建筑基坑邊坡上部為黏性土，下部為砂壤土和細砂，邊坡穩(wěn)定性較差。邊坡坡比建議值為：壤土1∶1～1∶1.5，砂壤土1∶1.5～1∶2.0，細砂1∶2.0～1∶3.0，水下適度放緩。

3 三官村泵站工程地質評價

3.1 地質結構

本場區(qū)勘察深度范圍內，地基土自上而下分為8層。

3.1.1 黃褐色層素填土

以粉質黏土為主，土質不均，夾黏土層及少量磚渣。場區(qū)普遍分布，厚度3.40～8.20m，底層標高0.24～0.80m，地層埋深3.40～8.20m。

3.1.2 黃褐色層黏土

可塑，中等壓縮性，切面光滑，高干強度，高韌性，含姜石，銹染。場區(qū)普遍分布，厚度7.90～2.90m，層底標高-2.66～8.47m，層底埋深0.30～10.40m。

3.1.3 灰色層粉土

濕，密實，搖震反應中等，無光澤反應，低干強度，低韌性，含有機質、姜石。場區(qū)普遍分布，厚度1.70～12.70m， 底層標高-5.46～-3.98m， 地層埋深4.80～13.40m。

3.1.4 灰色層細砂

飽和，密實，含長石、石英、云母等，級配不良，銹染。場區(qū)普遍分布，厚度4.40～7.00m，層底標高-11.23～-9.86m，層底埋深10.70～20.00m。

3.1.5 黃褐色粉質黏土

可塑，中等壓縮性，切面稍有光滑，中等干強度，高韌性，夾粉土薄層。場區(qū)普遍分布，厚度2.10～5.10m，層底標高-14.98～-13.02m，層底埋深15.60～23.20m。

3.1.6 棕黃色層粉質黏土

硬塑，中等壓縮，切面稍有光滑，中等干強度，高韌性，含有機質、螺殼及大量姜石，銹染。場區(qū)普遍分布，厚度3.00～4.00m，層底標高-17.98～-17.02m，層底埋深18.60～26.40m。

3.1.7 黃褐色層粉質黏土

可塑，中等壓縮，切面稍有光滑，中等干強度，高韌性，含有機質。場區(qū)普遍分布，厚度1.20～4.10m，層底標高-21.73～-19.18m，層底埋深20.00～30.50m。

3.1.8 褐黃色層粉土

濕，密實，搖震反應中等，無光澤反應，低干強度，低韌性，含姜石，銹染。該層未穿透。

3.2 主要工程地質問題及措施建議

3.2.1 場地土地震效應

根據GB18306—2001《中國地震動參數區(qū)劃圖》及GB50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》，地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應譜特征周期為0.45s，相應地震基本烈度為7°。設計地震分組為第一組。

除素填土屬軟弱土外，其余土層為中軟土。土層等效剪切波速估算值為Vse=158.7m/s。根據場區(qū)區(qū)域資料本場地覆蓋層厚度dov＞50m，故建筑場地類別屬Ⅲ類，場地土對建筑抗震屬一般地段。

根據GB50487—2008《水利水電工程地質勘察規(guī)范》土的液化判別規(guī)定，粒徑小于0.005mm的顆粒含量質量百分率在地震動峰值加速度0.15g小于17%，第③層粉土、第④層細砂初判為液化土。對初步判定為可能液化土層進行復判，復判采用標準貫入錘擊數法。

飽和無黏性土和少黏性土在地面以下15m深度范圍內，液化判別標準貫入錘擊數臨界值按公式（2）計算：

式中 Ncr為液化判別保準貫入錘擊數臨界值；N0為液化判別標準貫入錘擊數基準值，N0取8；ds為飽和土標準貫入點深度（m），當標準貫入點在地面以下5m以內的深度時，ds=5m；ρc為黏粒含量質量百分率（%），當ρ＜3%時，ρc取3%；dw為地下水位深度（m）。

通過現場標準貫入錘擊數法進行復判，在地震動峰值加速度0.15g時，第③層粉土、第④層細砂土層不液化。

3.2.2 地基不均勻沉降

根據室內試驗，構筑物主要受力土層：②層粉質黏土壓縮系數平均0.62MPa-1，屬高壓縮性土；③層粉土壓縮系數平均0.19MPa-1，屬中等壓縮性土。由于土質存在不均勻性、建基高程不同及上覆荷載的差異性，因此可能存在不均勻沉降問題。建議進行沉降計算，并采取一定墊層處理措施。

3.2.3 滲透變形

本場地第②層粉質黏土為基礎直接持力層，具微透水性，為天然相對隔水層。

第③層粉土和第④層細砂不均勻系數大多小于5，因此滲透變形類型以流土為主。為避免深層地基滲透變形，建議考慮粉土和細砂的滲透穩(wěn)定性。

3.2.4 閘基抗滑穩(wěn)定

擬建構筑物基礎坐落于第②層粉質黏土上，其含水率高，壓縮性高，屬中軟土，建議進行抗滑穩(wěn)定驗算。地基土與混凝土底板之間的摩擦系數地質建議值取0.23。

3.3 工程地質評價

（1）建筑區(qū)主要有素填土、粉土、黏性土組成，建筑場地類別為Ⅲ類。

（2）擬建構筑物可采用天然地基筏板基礎，以第②層黏土為持力層，地基承載力特征值采用110kPa。

（3）勘察期間測得穩(wěn)定水位埋深8.80～17.50m，水位標高-8.60～-7.98m?？辈炱陂g地下水位較低，但不排除水位上漲可能。

（4）建筑基坑邊坡上部為黏土，下部為粉土和細砂，邊坡穩(wěn)定性較差。

4 結語

（1）工程區(qū)為近代沉積，屬河流沖擊平原，場區(qū)地形起伏較大；地面高程9.15～0.82m之間，相對高差8.33m。

（2）勘探深度40.0m范圍內，揭露地層均為第四系（Q）松散堆積物。

（3）巖性特性，沉積環(huán)境、時代自上而下可劃分為：底層為新代沉積層、第四系全新統(tǒng)河湖相沉積～上更新統(tǒng)陸相沉積，巖性以填土、粉質黏土、壤土、粉土、砂壤土、細砂為主。

（4）本場區(qū)地地震動峰值加速度為0.15g，相應地震基本烈度為7°。本區(qū)為中軟場地，場地類別為Ⅲ類，地震動反應譜特征周期調整為0.45s。

（5）依據GB50487—2008《水利水電工程地質勘察規(guī)范》環(huán)境水腐蝕性評價，西碼頭泵站環(huán)境水對混凝土無腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕性；地基土對混凝土具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。三官揚水站環(huán)境水對混凝土具有弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕性。

（6）西碼頭泵站在荷載及變形滿足要求的情況下可采用天然地基；若擬建筑物基礎承載力和沉降變形不滿足要求時，建議采用樁基礎。樁型可采用混凝土預制樁或鉆孔灌注樁，⑤層壤土及以下地層，分布穩(wěn)定且承載力較高，可作為樁端持力層。

（7）西碼頭泵站和三官村泵站地基均存在不均勻沉降、滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定問題，建議采用必要的處理措施。

（8）工程區(qū)附近缺乏工程所需碎石、塊石等天然建材，建議外購解決。