立式混流排澇泵站水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

李海道

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

某排澇泵站位于西江干堤內(nèi)側(cè)，主要功能是解決西江干堤內(nèi)側(cè)河道內(nèi)澇水。排澇站廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)立式混流泵，單臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)流量18m3/s，單臺(tái)電機(jī)容量為2150kW，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為7.6m，最大揚(yáng)程為13.7m。整個(gè)泵站樞紐由進(jìn)水渠、攔污柵閘、進(jìn)水前池、泵房、壓力涵管、出水口閘室、消力池等組成。

工程于2010年9月份開始施工，2013年初工程完工。

2 廠房布置及地基情況

2.1 廠房布置

泵站廠房采用堤后半埋式，安裝間位于主廠房的左側(cè)，副廠房位于主廠房的下游側(cè)。

主廠房的上游側(cè)設(shè)有檢修閘，閘孔數(shù)量為3孔，閘室平面尺寸(長(zhǎng)×寬)23.05m×3.43m，閘室底板高程為-14.0m，閘頂高程為0m，檢修閘與主廠房為整體結(jié)構(gòu)。主廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)立式混流泵，平面尺寸(長(zhǎng)×寬)28.2m×12.90m，分4層布置，分別為發(fā)電機(jī)層、中間層、水泵層、流道層，相應(yīng)的高程分別為：1.2m、-7.0m、-12.46m和-14.0m。主廠房建基面高程為-15.94m～-16.74m。

安裝間位于主廠房左側(cè)，為1層框架結(jié)構(gòu)。安裝間地面高程為1.2m，平面尺寸(長(zhǎng)×寬)8.4m×12.9m，層高16.4m，安裝間與主機(jī)間設(shè)一道結(jié)構(gòu)縫。副廠房和閘閥室布置在主廠房下游側(cè)，為框架結(jié)構(gòu)，共2層，平面尺寸(長(zhǎng)×寬)28.2m×7.40m，上部為副廠房，下部為閘閥室，與主廠房為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

2.2 地基情況

泵站廠房位于魚塘處，現(xiàn)狀地面高程為-3.5～1.0m，地層分別為素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、淤質(zhì)粉細(xì)砂、土夾砂卵石及全風(fēng)化土。主廠房基礎(chǔ)位于淤泥質(zhì)土層，基礎(chǔ)下部淤泥質(zhì)土層厚約7.7m。副廠房和安裝間位于主廠房基坑開挖回填區(qū)，副廠房與主廠房為整體結(jié)構(gòu)，安裝間與主廠房之間設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫。

各土層主要物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。

3 廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 主廠房抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算

主廠房在各工況情況下抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果見表2。

主廠房基礎(chǔ)所在淤泥質(zhì)土地基承載力為70～90kPa，計(jì)算主廠房基底應(yīng)力遠(yuǎn)大于該土層地基承載力，需要進(jìn)行基礎(chǔ)加固處理。

3.2 水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

(1)水泥攪拌樁承載力計(jì)算

攪拌樁樁徑采用Ф600mm，單樁豎向承載力特征值按JGJ 79- 2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的公式計(jì)算：

Ra=up∑qsiLi+αqpAPRa=ηfcuAP (1)

表2 主廠房抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果

式中，fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值；η—樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，采用0.3；qsi—樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力特征值；qpk—極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；up—樁身周長(zhǎng)；Li—樁周第i層土的厚度；AP—樁端面積；α—樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.40～0.60，選用0.5。

根據(jù)地質(zhì)資料，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的樁側(cè)摩阻力特征值為12kPa，淤泥質(zhì)粉細(xì)砂為20kPa，樁端深入淤質(zhì)粉細(xì)砂4m，樁端阻力100kPa。按平均樁長(zhǎng)13.8m，經(jīng)計(jì)算單樁豎向承載力特征值為278kN。結(jié)合已建工程實(shí)測(cè)資料，樁身90天強(qiáng)度采用2MPa，單樁豎向承載力為169kN。單樁豎向承載力取樁體承載力和樁身混凝土強(qiáng)度確定的承載力二者的小值，單樁豎向承載力特征值取Ra=169kN。

復(fù)合地基面積置換率按JGJ 79- 2012規(guī)定公式計(jì)算：

(2)

式中，fsp，k—復(fù)合地基承載力特征值；β—樁間土承載力折減系數(shù)，采用0.7；fs，k—樁間土承載力特征值。

經(jīng)計(jì)算，攪拌樁采用正方形布置，樁間距為0.8m，水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力為300kPa，滿足地基承載力要求。

(2)復(fù)合地基沉降計(jì)算

根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，需要分別計(jì)算復(fù)合地基及下臥層兩部分沉降量。經(jīng)計(jì)算，復(fù)合地基部分沉降量為28mm，下臥層部分沉降量為33mm，兩部分總沉降量為61mm，小于規(guī)范要求的150mm，采用的復(fù)合地基滿足規(guī)范要求。

4 廠房基礎(chǔ)沉降觀測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況

對(duì)主廠房4個(gè)角點(diǎn)布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)安裝間布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 主廠房及安裝間監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

從2012年7月份(土建主體工程完工)開始對(duì)新泵站主廠房及安裝間(1.2m高程)進(jìn)行觀測(cè)，精度采用2等水準(zhǔn)觀測(cè)。截至2017年3月6日共觀測(cè)34次，觀測(cè)數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 主廠房A4點(diǎn)沉降曲線圖

圖3 安裝間A5點(diǎn)沉降曲線圖

4.3 監(jiān)測(cè)成果分析

由表3可知，主廠房A4點(diǎn)和安裝間A5點(diǎn)沉降量最大，這2個(gè)沉降點(diǎn)沉降曲線如圖2和圖3所示。主廠房A4點(diǎn)總沉降量為45.61mm，在2014年2月沉降量為41mm，占總沉降量約90%，總沉降量小于理論計(jì)算量61mm，說明本工程主廠房采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。安裝間安裝間基礎(chǔ)采用回填50%砂+50%碎石，并分層碾壓密實(shí)，A5點(diǎn)總沉降量為118.71mm，在2015年5月沉降量為95mm，占總沉降量約80%，總沉降量小于規(guī)范規(guī)定值150mm，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié)論及建議

本排澇泵站對(duì)淤泥質(zhì)土層采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基加固，通過理論計(jì)算及完工后實(shí)時(shí)沉降監(jiān)測(cè)對(duì)比，表明采取水泥土攪拌樁復(fù)合地基加固方案可滿足對(duì)基礎(chǔ)承載力及沉降要求，處理措施是成功的、經(jīng)濟(jì)的、合理的。在此提出以下建議，可為同類型排澇泵站設(shè)計(jì)提供參考。

(1)由于本工程為大型排澇泵站，機(jī)組采用立式混流泵，廠房基礎(chǔ)埋深較大，導(dǎo)致機(jī)組聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)軸較長(zhǎng)(約12.5m)，對(duì)廠房基礎(chǔ)不均勻沉降要求高。采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基加固基礎(chǔ)，加固后基礎(chǔ)均會(huì)存在沉降或不均勻沉降，如工程工期允許，建議優(yōu)先完成廠房土建主體工程，推遲1～2年后再進(jìn)行機(jī)組安裝，避免因?yàn)榛A(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致機(jī)組無法運(yùn)行，需拆除機(jī)組重新安裝。

(2)本工程安裝間與主廠房之間設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫，由于采用不同基礎(chǔ)處理措施導(dǎo)致出現(xiàn)不同沉降，安裝間沉降將影響天車軌道，建議對(duì)安裝間采用與主廠房相同基礎(chǔ)處理措施，減少安裝間與主廠房之間沉降差，同時(shí)天車軌道螺栓設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留一定調(diào)整長(zhǎng)度，如出現(xiàn)沉降差影響天車使用，可對(duì)天車軌道進(jìn)行調(diào)整。

(3)建議廠房上游進(jìn)水池兩側(cè)翼墻采用與主廠房相同基礎(chǔ)處理措施，減少翼墻與主廠房之間的沉降差。