城市排水泵站出水流道軟土地基處理技術(shù)分析

衛(wèi)聰聰

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

軟土地基會給工程建設(shè)增加難度、導(dǎo)致建筑物穩(wěn)定性差、更容易引發(fā)連鎖性的地質(zhì)問題。對于軟土地基的處理方法一般有樁基法、換土墊層法、高壓旋噴注漿法、化學(xué)固結(jié)法、夯實(shí)法和表層處理法。在地基處理中，拋石擠淤和杉木樁加固的施工方法有施工周期短、機(jī)械簡單、管理方便、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在淺層處理中得到廣泛應(yīng)用。拋石擠淤法就是通過向流塑狀的高靈敏度淤泥表面大量集中拋填土石填料，依靠填筑體的自重，擠開淤泥，強(qiáng)制置換飽和軟土地基的地基處理法。本文結(jié)合港西二期泵站出江流道中軟土地基處理工程實(shí)例，利用拋石擠淤和杉木樁對軟土地基處理的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行分析，取得較為顯著的工程效果，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

1 工程簡介

港西二期泵站位于武漢市青山區(qū)建設(shè)五路與臨江大道交匯處西南角，原港西一期泵站西側(cè)。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括新建泵站以及出水流道工程。新建泵站出口采用駝峰式出水流道，堤頂兩端和內(nèi)外堤腳的管道轉(zhuǎn)折處設(shè)鎮(zhèn)墩；出水流道長江大堤加固采用水泥攪拌樁防滲墻；管道出口接淹沒式出水池，出水池末端接陡坡出水渠，分為5 m長頂部水平段和52.5 m長陡坡段，泄槽出口處設(shè)置底流消力池。本段出水流道原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)處理方式為1 m厚12%白灰土換填，但在開挖過程中，發(fā)現(xiàn)下層為淤泥質(zhì)粉性黏土，且現(xiàn)場施工時處于雨期，灰土制備對環(huán)境影響較大，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意修改為拋石擠淤和杉木樁處理的施工方法。

2 現(xiàn)場地貌及地質(zhì)結(jié)構(gòu)

2.1 地質(zhì)條件分析

承建泵站工程地貌單元屬長江沖積一級階地，場區(qū)地基土自上而下分述如下：

（1）雜填土（Q ml）：雜色，濕～飽和，壓縮性高。地表多為混凝土路面、老地坪，其下由碎塊石、灰渣和黏性土、淤泥等混合構(gòu)成，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散雜亂，硬物質(zhì)含量總體約30%，場地內(nèi)均有分布。堆積時間一般小于10年。層厚0.2～3.8 m。

（2）素填土（Q ml）：黃褐色～灰褐色，軟塑，局部可塑，壓縮性高。主要成分為黏性土夾少量小碎石和植物根等組成，堆填時間一般小于10年，在跨堤地段局部表現(xiàn)為壓實(shí)填土。層厚0.4～7.4 m，層頂埋深為0～2.1 m。

（3）淤泥（Ql）：灰黑色，流塑，飽和，壓縮性高。含有機(jī)質(zhì)及少許碎石顆粒，具腐臭味。場地內(nèi)局部分布。層厚0.3～0.6 m，層頂埋深1.5～2.1 m。

（4）沖填土（Q ml）：黃褐色～灰褐色，軟塑，飽和，壓縮性高。為江灘淺層土，以粉質(zhì)黏土為主，混夾薄層粉土和粉砂，局部含植物根系和少量有機(jī)質(zhì)。層厚2.4～4.8 m，層頂標(biāo)高0.6～7.4 m。

（5）粉質(zhì)黏土（Q4al）：褐黃色～灰褐色，軟塑～可塑，飽和，壓縮性高，含少量鐵錳氧化物，土質(zhì)均勻，切面光滑，手搓成條。層厚0.4～1.8 m，層頂標(biāo)高0.2～3.6 m。

（6）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4al）：灰褐色～灰色，軟塑～流塑，飽和，壓縮性高，含有機(jī)質(zhì)，局部夾薄層粉土或粉砂（下部尤為明顯），偶見腐爛植物殘?jiān)雍?.3～8.7 m，層頂標(biāo)高0.5～11.3 m。

（7）粉質(zhì)黏土夾粉土（Q4al）：灰褐色～灰色，軟塑，稍密，飽和，壓縮性中等，局部較高，以粉質(zhì)黏土為主，土體中混夾粉粒及少量砂粒。層厚0.3～8.1 m，層頂標(biāo)高2.7～16.4 m。

（8）粉土、粉砂夾粉質(zhì)黏土（Q4al）：灰褐色～灰色，稍密，飽和，壓縮性中等，主要礦物成分由石英、云母組成，局部夾薄層粉質(zhì)黏土。層厚0.4～7.3 m，層頂標(biāo)高4～15.5 m。

（9）粉砂（Q4al）：灰色，稍密～中密，飽和，壓縮性中等，主要礦物成分為石英、長石、云母等，局部夾有薄層粉土和粉質(zhì)黏土。層厚0.4～12.7 m，層頂標(biāo)高4～18.8 m。

根據(jù)設(shè)計(jì)勘探地質(zhì)，泵站出水流道地基土從上到下依次為1-1雜填土、2-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、3a粉土、粉砂夾粉質(zhì)黏土、4-1粉砂過渡。填土以下土層其承載力特征值分別為65 kPa、115 kPa、150 kPa。

2.2 水文地質(zhì)條件

泵站區(qū)域孔隙承壓水主要賦存于（3a）層粉土、粉砂夾粉質(zhì)黏土、（4-1）粉砂、（4-2）粉砂及（4-3）粉細(xì)砂中，其上覆（2-1）層一般黏性土層及（2-2）層淤泥質(zhì)黏土可視為其隔水頂板，下臥粉砂質(zhì)泥巖可視為隔水底板?？辈炱陂g在場地鉆孔中測得承壓水位為5.0 m左右，空隙承壓水水量豐富，與長江有較密切的水力聯(lián)系，其水位變化幅度受長江水位漲落影響。據(jù)武漢地區(qū)一級階地承壓水長期觀測結(jié)果，承壓水頭標(biāo)高一般在15.0～19.5 m之間，年變幅3～4 m。

3 地基處理方案設(shè)計(jì)

3.1 泵站出水流道水平段地基處理方案設(shè)計(jì)

泵站出水流道水平段堤外壓力鋼管水平段地基挖除地基表層受擾動的淤泥質(zhì)粉性黏土，表層拋填80 cm厚30～50 cm塊石，采用反鏟挖掘機(jī)碾壓，以塊石不再下沉為準(zhǔn)，再在塊石上分層鋪砂石混合料（40%粗砂+60%碎石），分層厚度不大于20 cm，碾壓過程中輔以鋼釬順次插入砂石混合料層密實(shí)空隙，拔出鋼釬后繼續(xù)碾壓，以使塊石孔隙充分充填密實(shí)，最后再塊石上形成厚度25 cm的砂石混合料導(dǎo)濾層；導(dǎo)濾層上部采用碎石土回填至管道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)高19.9 m，碎石土采用塑性指數(shù)10～20的黏性土摻加30%～35%（重量比）碎石攪拌而成，碎石粒徑20～60 mm，分層碾壓密實(shí)，碾壓密實(shí)度不小于0.95，回填土采用機(jī)械壓實(shí)，分層厚度不大于25 cm，地基承載力不小于100 kPa。

3.2 泵站出水流道水平段地基處理方案設(shè)計(jì)

泄槽段的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地基采用施打杉木樁處理，杉木樁長2～6 m、樁徑15 cm，樁間距0.8 m，等邊三角形布置，杉木樁頂部鋪筑60 cm厚級配碎石（粒徑1～5 cm）墊層至泄槽底板墊層基面，碎石墊層應(yīng)分層填筑碾壓密實(shí)，碎石墊層頂面地基承載力不小于100 kPa。打樁前，杉木樁應(yīng)先去皮檢查材質(zhì)，樁頂須先截鋸平整，其樁身需加以保護(hù)，不得有影響功能的碰撞傷痕，樁頭部位宜采用8#鐵絲扎緊。小端削成1.5倍樁徑的尖頭，采用挖土機(jī)的挖工臂進(jìn)行壓樁，直至樁頭不再下沉為止，壓樁順序宜由外至內(nèi)。接樁采用爬釘聯(lián)結(jié)固定，每根杉木樁不多于1個接頭。消力池段地基處理根據(jù)基坑開挖后現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

4 泵站出水流道基礎(chǔ)處理施工

4.1 泵站出水流道水平段基礎(chǔ)處理施工

（1）臨時道路修筑。采用1.2 m3挖機(jī)在水平段西側(cè)邊坡上修筑臨時施工道路保證設(shè)備能進(jìn)入基坑，道路寬4 m，坡度20%，采用塊石鋪筑1 m厚保證機(jī)械行走不下陷。另外，在4#鎮(zhèn)墩上游翻堤段修筑臨時施工道路將左右兩側(cè)施工作業(yè)面連接，方便機(jī)械來回調(diào)度使用，路面采用磚渣再生料鋪筑，寬度4 m，厚度0.5 m。

（2）測量放線。利用GPS和全站儀進(jìn)行邊線的控制，高程采用水準(zhǔn)儀從外部導(dǎo)入高程基準(zhǔn)點(diǎn)，現(xiàn)場再利用水準(zhǔn)儀以基準(zhǔn)點(diǎn)為基點(diǎn)，控制各個部位基礎(chǔ)處理高程，并做好測量數(shù)據(jù)記錄。

（3）拋石擠淤。施工道路布置在翻堤下坡段，此處未開挖，塊石及其他材料通過此處直接倒入4#鎮(zhèn)墩處，1.2 m3挖機(jī)在下部將塊石倒運(yùn)至相應(yīng)鋪筑面進(jìn)行擠淤，拋投應(yīng)自路基中部向兩側(cè)逐漸進(jìn)行。塊石使用均勻不易風(fēng)化、無裂紋和無剝落的石料，粒徑為30～50 cm，較小片石不得超過20%。按設(shè)計(jì)要求拋填80 cm厚塊石，采用反鏟碾壓，以塊石不再下沉為準(zhǔn)，待片石拋出原地面后，應(yīng)用較小石塊填塞墊平，用重型機(jī)械碾壓密實(shí)。此處注意塊石需填筑至18.9 m高程，實(shí)際厚度是根據(jù)擠淤壓入情況為準(zhǔn)。

（4）砂石混合料及碎石土鋪筑。①成品料拌制：砂石混合料及碎石土采用場拌法，砂石混合料拌合場地在已鋪筑的塊石頂面，碎石土拌合場地在砂石反濾層頂部。砂石混合料砂子采用粗砂，碎石粒徑為2～6 cm，按砂子：碎石=4：6的比例進(jìn)行拌合。碎石土采用塑性指數(shù)10～20的黏性土摻加30%～35%（重量比）碎石，碎石粒徑2～6 cm。成品拌合完成后采用1.2 m3挖機(jī)配合人工分層進(jìn)行攤鋪平整，砂石混合料及碎石土碾壓設(shè)備采用12 t振動碾，初擬碾壓3～4遍，如壓實(shí)度檢測不合格則進(jìn)行補(bǔ)壓。

②砂石反濾層施工：塊石擠淤完成后，鋪筑25 cm厚砂石混合料，砂石混合料先鋪筑10 cm厚，人工用鋼釬順次插搗砂石混合料，拔出鋼釬后繼續(xù)碾壓，使砂石混合料充滿塊石孔隙，碾壓完成后，用水準(zhǔn)儀記錄此面頂高程，再根據(jù)砂石反濾層頂高程推算出砂石反濾層剩余鋪筑厚度，砂石混合料頂高程為19.15 m。

③碎石土施工：砂石反濾層施工完成后，開始進(jìn)行碎石土鋪筑，碎石土設(shè)計(jì)為75 cm厚，分層厚度不超過25 cm，松鋪厚度初擬為30 cm，具體通過試驗(yàn)確定。上層鋪筑前必須對下層進(jìn)行試驗(yàn)檢測，壓實(shí)度不小于0.95，檢測合格后才可進(jìn)行下一層鋪筑。

4.2 泵站出水流道泄槽段基礎(chǔ)處理施工

（1）測量放線。泄槽段為1：4的坡度，放線需GPS與水準(zhǔn)儀共同控制，GPS定位泄槽樁號，推算出相應(yīng)樁號高程后，采用水準(zhǔn)儀控制單排樁頂高程。需注意的是齒槽部位的樁頂高程為齒槽開挖基面高程。

（2）杉木樁處理。杉木樁進(jìn)場后，首先人工采用電鋸將小端削成1.5倍樁徑的尖頭，大端用8#鐵絲綁扎三道。首先進(jìn)行杉木樁施打試驗(yàn)，施打樁長度為2、3、4 m各20根，將泄槽基礎(chǔ)分劃分為6個區(qū)域，1#泄槽靠近上游，地基相對含水率少，1#泄槽施打2 m，如2 m后還可打入，則采用爬釘連接一根2 m或3 m的木樁繼續(xù)打入，直至樁頭不再下沉為止，然后將頂部多余部分用電鋸劇除。2#泄槽施打3 m木樁，3#泄槽施打4 m木樁，確定各區(qū)域木樁打入長度后，再大批購入木樁進(jìn)行正式打樁，木樁采用挖機(jī)兜子壓入。

（3）級配碎石鋪筑。級配碎石進(jìn)場后先堆放至4#鎮(zhèn)墩右側(cè)邊坡頂部臨時堆放場地，再用裝載機(jī)端運(yùn)至泄槽右側(cè)邊坡頂部倒入，1.2 m3挖機(jī)倒運(yùn)至相應(yīng)鋪筑面。級配碎石鋪筑厚度為60 cm，粒徑1～5 cm，采用1.2 m3挖機(jī)分層攤鋪，松鋪30 cm，壓實(shí)厚度25 cm，因振動碾在級配碎石上無法行走，并且泄槽段為1：4斜坡，碎石碾壓設(shè)備采用1.2 m3挖機(jī)。

5 地基承載力檢測

5.1 檢測原理

基礎(chǔ)處理完成后委托具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，裝置由主梁、次梁利用沙袋堆積平臺提供滿足試驗(yàn)要求的反力。通過手動液壓泵、千斤頂加載，荷載值由精密壓力表測量，依千斤頂率定曲線換算得出。4個對稱放置的大量程百分表測讀沉降，用以觀測被檢點(diǎn)地基的沉降變形，百分表由磁性表座固定于基準(zhǔn)梁上。壓重平臺支座墩邊與地基承載力試驗(yàn)點(diǎn)中心距≥2.0 m。

5.2 檢測方法

（1）試驗(yàn)荷載：總堆載量應(yīng)大于設(shè)計(jì)的極限承載力的1.2倍，實(shí)際加載量應(yīng)為設(shè)計(jì)特征值荷載的2.0倍，本次試驗(yàn)實(shí)際加載為200 kPa，承壓板面積為1.0 m2。

（2）試驗(yàn)分級：試驗(yàn)分為8級進(jìn)行，加載按試驗(yàn)荷載的1/8進(jìn)行分級加載。

（3）加載觀測：工程樁的每級加載荷重為試驗(yàn)荷載的1/8，在加每級荷載后，測讀樁沉降量的間隔時間，按第10、10、10、15、15 min測讀一次，以后每隔30 min測讀一次。連續(xù)2次在每小時內(nèi)小于0.1 mm視為穩(wěn)定，可以施加下一級荷載。

（4）卸載觀測：每級卸載為加載分級的2倍，每級卸載后隔15 min測讀一次，測讀2次后隔30 min再讀一次即可卸下一級荷載。

（5）荷載及沉降測量：荷載值通過壓力傳感器測量，再由千斤頂?shù)臉?biāo)定曲線換算給出；沉降量則通過對稱正向布置于壓板的百分表測量，所有百分表均用磁性表座固定于基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁在獨(dú)立的基準(zhǔn)樁上安裝。

5.3 檢測結(jié)果

試驗(yàn)加載達(dá)到預(yù)期最大試驗(yàn)荷載時，終止加載。

試驗(yàn)加載到200 kPa時，六個試驗(yàn)點(diǎn)SPD1、SPD2、SPD3、XCD1、XCD2和XCD3總沉降量分別為14.04 mm、12.50 mm、10.58 mm、13.43 mm、13.07 mm和14.98 mm，承壓板周圍土無明顯的側(cè)向擠出，而且Q～S曲線平緩無明顯陡降段，s～lgt曲線呈平行規(guī)則排列，無破壞特征，故該試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值Qu為100 kPa，滿足承載力100 kPa的設(shè)計(jì)要求。

港西二期泵站及配套管道工程水平段及泄槽段地基承載力特征值為100 kPa，滿足地基承載力不小于100 kPa的設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

本文結(jié)合港西二期泵站出水流道軟土地基處理工程實(shí)際情況，針對出水流道水平段和泄槽段軟土埋深較淺的特點(diǎn)，分析城市排水泵站出水流道段利用拋石擠淤和杉木樁的處理方法進(jìn)行處理，處理后的地基承載力滿足工程設(shè)計(jì)要求。這兩種軟土地基處理的施工方法在大大縮減工程成本和工期的同時，減少了對環(huán)境污染，創(chuàng)造了一定的生態(tài)環(huán)境效益，可為其他類似工程提供相應(yīng)的參考。