多型復(fù)合樁地基在泵站工程特殊軟土地基處理中的運(yùn)用

史學(xué)哲

（安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230022）

1 安徽省軟土地基特點(diǎn)及主要處理方式

安徽省境內(nèi)軟土地基主要是淤泥和淤泥質(zhì)粘土，為河湖相沉積，在安徽省長江兩側(cè)圩區(qū)分布較為普遍，淤泥質(zhì)土承載力特征值一般在50～90kPa左右。水工建筑物按功能和結(jié)構(gòu)需要，底部通常采用筏板結(jié)構(gòu)，對于中小型泵站，站身基底應(yīng)力在90～140kPa 左右，相對于軟土地基承載力而言，更需要采取措施避免地基破壞及較大的沉降變形。為此，一般采用樁基礎(chǔ)和地基處理兩種方案解決，其中樁基礎(chǔ)對于規(guī)模不大的水工建筑物使用較少：一是相對造價(jià)較高，二是可能存在基礎(chǔ)與地基沉降不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生脫空現(xiàn)象導(dǎo)致地基滲透破壞。地基處理常規(guī)措施包括換填墊層、復(fù)合地基等，換填墊層法因受經(jīng)濟(jì)性和基坑安全性限制，一般換填深度不超過3.0m，對于深厚淤泥質(zhì)土層以復(fù)合地基處理為主。

2 復(fù)合地基類型

復(fù)合地基根據(jù)成樁增強(qiáng)體的材料性質(zhì)可以分為柔性散體材料樁（S 樁）、半剛性水泥土類樁（M 樁）以及剛性高強(qiáng)度類樁（C 樁）。S 樁因其分散透水特性，一般在有防滲要求的水利工程中較少使用。根據(jù)安徽省江南地區(qū)軟土地基特性，采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理的方式較為普遍，近年來隨著工藝水平提高和工程投入的加大，預(yù)應(yīng)力混凝土樁復(fù)合地基增強(qiáng)體使用也逐漸得到推廣。

目前安徽省水工建筑物軟基處理類型主要是單一的水泥土攪拌樁復(fù)合地基（少量為旋噴樁）和預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基（個(gè)別工程設(shè)置一定數(shù)量的攪拌樁連續(xù)分隔墻，以增加軟土側(cè)限壓力）。若地基存在多層軟土，即不同深度存在相對硬土層，僅采用攪拌樁，較難穿透中間硬土層，在合理樁距下，因樁長難以達(dá)到設(shè)計(jì)值，或即便穿透，樁長過大，成樁質(zhì)量難以保證，復(fù)合地基或仍存在承載力不足、沉降量過大的情況；若采用管樁復(fù)合地基，投資相對較大。因此，對于符合上述特征的軟土地基，把兩種樁型組合使用，既能減少攪拌樁用量，縮短工期，也能減少管樁數(shù)量，節(jié)約投資；既能利用低成本的攪拌樁提高上部軟土承載力、減小淤泥質(zhì)土的靈敏度，又可利用管樁高強(qiáng)度、低壓縮的特點(diǎn)提高地基整體承載力、減小基礎(chǔ)沉降量。本文以蕪湖市區(qū)廣福排澇泵站為例，介紹了多樁型復(fù)合地基的設(shè)計(jì)過程。

3 多樁型復(fù)合地基運(yùn)用及效果

3.1 工程概況

蕪湖市廣福電力排灌站為重建泵站，位于蕪湖長江大橋上游約800m 處長江右岸，排澇出水涵穿長江大堤。泵站為Ⅲ等中型工程，抽排流量為37.1m3/s，總裝機(jī)3830kW。泵站采用兩側(cè)進(jìn)水、正向出水，樞紐主要建筑物有進(jìn)水閘（左右側(cè)）、前池、站身、匯水箱排澇出水涵閘。

3.2 站身穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果

3.2.1 站身結(jié)構(gòu)布置

廣福泵站采用堤后式干室型泵室，設(shè)計(jì)裝機(jī)6臺(tái)，其中4 臺(tái)1600ZLB 型機(jī)組對稱布置于兩側(cè)，2臺(tái)1000ZLB 型布置于泵站中部，機(jī)組在平面上呈一列式布置。泵房平面根據(jù)機(jī)組數(shù)量及流道長寬決定，總寬度30.0m，順?biāo)飨蚩傞L16.6m；泵房立面根據(jù)部位和功能分層，泵室流道層底板底高程-2.00m，檢修層頂高程9.0m，主廠房頂高程21.2m，則下部泵室高11.0m，上部廠房高12.2m。

3.2.2 站身地質(zhì)條件

廣福站站身地基上部是以②1層和②2層（淤泥質(zhì)）重粉質(zhì)壤土為主的全新統(tǒng)第四系沖積層（Qal4），軟-流塑，中-高壓縮性，②1層結(jié)構(gòu)性主要為中靈敏性，局部極靈敏性；下部是以③1、③2和③3重（輕）粉質(zhì)壤為主的第四系上更新統(tǒng)沖積層（Qal3），可-硬塑狀，中等壓縮性，其中③2層輕粉質(zhì)壤土局部夾粘性土薄層，允許承載力為120kPa，屬于相對軟弱土層。已揭露站身地基底部為石英閃長巖。

3.2.3 泵站穩(wěn)定計(jì)算

考慮作用在站身的荷載主要有：自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力和其他荷載。根據(jù)泵站各運(yùn)行工況下的荷載組合，站身在非運(yùn)行期上下游低水位時(shí)基底應(yīng)力最大，σmax=122.8kPa，σmin=113.6kPa。建基面以下淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土承載力僅75kPa，標(biāo)貫擊數(shù)1.4 擊，根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）規(guī)定“標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于4 擊的粘性土地基和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于或等于8 擊的砂性土地基均不得作為天然地基”。

3.3 地基處理設(shè)計(jì)

按照穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果，站身筏板基礎(chǔ)直接坐落于淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層上可能會(huì)產(chǎn)生地基剪切破壞導(dǎo)致站身傾覆、下沉，或者產(chǎn)生較大的沉降（差）導(dǎo)致泵站無法正常運(yùn)行。因此須調(diào)整站身基礎(chǔ)型式或進(jìn)行地基處理，使得上部荷載作用于堅(jiān)實(shí)地基上?？紤]采用樁基礎(chǔ)易產(chǎn)生地基脫空而需另行考慮圍封截滲措施，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用復(fù)合地基。

廣福站站身地基上部層軟土層厚度約8.0m，與下部③2層軟土間隔有厚約2.0m 的③1層重粉質(zhì)壤土，符合存在多層軟土的地基特征。設(shè)計(jì)分別采用水泥土攪拌樁、管樁以及長、短樁結(jié)合的多樁型復(fù)合地基（采用水泥土攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁作為增強(qiáng)體）進(jìn)行比較，樁頂設(shè)置0.4m 厚埋石混凝土墊層。

水泥土攪拌樁復(fù)合地基：地基上部軟土分布屬水泥攪拌樁屬于適宜深度，水泥（質(zhì)量）摻入比18%，攪拌樁直徑為0.6m，樁距1.0m，樁端進(jìn)入③1重粉質(zhì)壤土1.0m，平均樁長8.0m。

預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基：采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC 樁），直徑為0.4m，樁距2.5m，樁底以進(jìn)入③3重粉質(zhì)壤土層1.0m，平均樁長15.5m。

多樁型（長、短樁）復(fù)合地基：管樁和攪拌樁間隔布置，預(yù)應(yīng)力管樁直徑為0.4m，樁距3.0m，平均樁長15.5m；攪拌樁直徑為0.6m，樁距1.5m，平均樁長8.0m。多樁型布置如圖1。

圖1 多樁型復(fù)合地基布置圖

圖2 單樁豎向靜載荷試驗(yàn)曲線圖

單一樁型復(fù)合地基承載力特征值按下式計(jì)算：

多樁型（長端樁）復(fù)合地基承載力特征值按下式計(jì)算：

式中：m—樁的面積置換率；λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；β—樁間土的承載力系數(shù)；αp—樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)。

單樁承載力特征值按下式計(jì)算：

樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：

地基各土層樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

根據(jù)《蕪湖鏡湖區(qū)廣福電力排灌站樁基承載力及樁身質(zhì)量檢測報(bào)告》，水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁單樁承載力特征值分別為110kN 和460kN，相應(yīng)的單樁豎向靜載荷試驗(yàn)曲線見圖2。根據(jù)單樁承載力計(jì)算的復(fù)合地基承載力及各型復(fù)合地基特性表見表2。

根據(jù)理論計(jì)算和多個(gè)工程沉降觀測數(shù)據(jù)可知，水泥土攪拌樁復(fù)合地基因其提高各層土的承載力壓縮模量有限，基礎(chǔ)沉降值較大，若施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，泵站后期產(chǎn)生有害沉降的可能性較大；管樁復(fù)合地基雖然大幅降低基底沉降，但因表層淤泥質(zhì)土靈敏度高，受管樁施工擾動(dòng)，土體可能產(chǎn)生與基礎(chǔ)脫空的情況。多樁型復(fù)合地基既能解決承載力和沉降量的問題，又能充分固化上部軟土，避免軟土與地基沉降不協(xié)調(diào)。

表1 地基各土層樁基設(shè)計(jì)參數(shù)表

表2 各型復(fù)合地基特性及工程量投資比較表

4 結(jié)語

根據(jù)軟土地基特性選擇適合的復(fù)合地基處理方式，能達(dá)到節(jié)約投資、節(jié)省工期的作用。經(jīng)案例工程站身地基處理方案比較，采用半剛性樁（M 樁、短樁）和剛性樁（C 樁、長樁）聯(lián)合使用，分別利用各樁型優(yōu)點(diǎn)達(dá)到提高基底軟土承載力的目的。M樁利用其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，固化表層淤泥質(zhì)軟土，提高淤泥質(zhì)土壓縮模量、降低靈敏度；C 樁利用強(qiáng)度和長度優(yōu)勢，使基礎(chǔ)間接坐落于底部承載力較高土層，提高加固土層壓縮模量，減小上部建筑沉降量■