某新建提水壓泵站濕陷性地基處理方案比選研究

唐 宏，李 華

(1.江西省大余縣水庫(kù)工程管理局，江西 大余 341500；2.江西省大余縣水利局，江西 大余 341500）

1 工程概況

某城鄉(xiāng)供水工程主要任務(wù)是以城鄉(xiāng)生活用水、工業(yè)供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)環(huán)境改善用水的綜合性供配水工程，年供水量3.15 億m3，工程總干渠渠首設(shè)計(jì)流量為20 m3/s，為Ⅱ等大（2）型工程［1]。根據(jù)工程區(qū)氣候特點(diǎn)及用水戶的需水特性，供水工程每年總干及干渠停水檢修期確定為每年9月1 日～9月31 日一個(gè)月的檢修期。作為重要是受水區(qū)之一，工程受水區(qū)水資源可利用量十分有限，當(dāng)?shù)匾延姓{(diào)蓄工程調(diào)蓄能力有限，無法解決供水工程停水檢修期用水問題，故新建調(diào)蓄水池和水廠承擔(dān)供水工程停水檢修期間的受水區(qū)供水任務(wù)，形成無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)本受水區(qū)全時(shí)段正常供水，使骨干工程效益完全發(fā)揮。由于調(diào)蓄水池處壓力水頭不滿足水廠運(yùn)行要求，在調(diào)蓄水池處設(shè)提水泵站一座，工程區(qū)（調(diào)蓄水池、水廠及提水泵站）地基以下分布自重濕陷性黃土狀粉土層，層厚3 m～11 m 不等，濕陷級(jí)別為I～I(xiàn)II 級(jí)（輕微～嚴(yán)重），本文以某新建提水泵站為例進(jìn)行地基處理，在地形地質(zhì)條件及工程地質(zhì)問題分析的基礎(chǔ)上，提出了水廠地基處理的不同方案進(jìn)行比選，最終選擇了適合該提水泵站及工程區(qū)其他建筑物地基處理的工程措施和處理方法。

2 工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

某新建提水泵站位于位于本次新建的調(diào)蓄水池東側(cè)Ⅱ級(jí)階地前緣岸坎上，廠區(qū)長(zhǎng)25 m，寬15 m。泵站由吸水管、主副廠房及壓力管道等組成，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程32 m。岸坎呈“U”字型，西、南、東三側(cè)緊鄰五方河溝道左岸岸坎，岸坎高16.7 m～18.95 m，北側(cè)為Ⅱ級(jí)階平坦階面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，泵站所在位置的土層主要有4 層，第①層為沖洪積粉質(zhì)壤土，主要分布在表層，厚3.0 m，土黃色，土質(zhì)較均一，結(jié)構(gòu)較疏松，蟲孔及大孔隙發(fā)育，含植物根系及少量的礫石，具有強(qiáng)濕陷性，屬中壓縮性土層；第②層為馬蘭黃土，主要分布在中部，層厚9.0 m，層底埋深12 m，黃褐色～灰褐色，結(jié)構(gòu)稍密～中密，土質(zhì)較均一，具有中等～輕微濕陷性，其10 m 以下基本無濕濕陷性；第③層為黃土狀土，主要分布在下部，其厚度5.0 m，層底埋深17.0 m，黑灰色、青色、黃褐色等雜色，具水平層理，多夾有雜色粘土條帶，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，具有輕微濕陷性，屬中壓縮性土層；第④層為新近系（N1)中厚層磚紅色粉砂質(zhì)泥巖，提水泵站站址區(qū)各巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)建議值見表1。

表1 提水泵站站址區(qū)各巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)建議值

提水泵站地基均為Q41al+pl 粉質(zhì)壤土，其上部3 m～12 m（以現(xiàn)狀地面為準(zhǔn)）具有強(qiáng)烈～中等～輕微濕陷性，地基濕陷性為泵站的主要工程地質(zhì)問題，濕陷性土層空間分布極不均勻，總體來看，濕陷性自上而下逐漸由強(qiáng)烈過渡至中等再至輕微，但平面位置不同其濕陷性差異較大。除受地層巖性、深度因素影響外，不同位置土體含水率差異較大也是造成土層濕陷性差異較大的重要因素，同時(shí)，土體含水率變化除影響土層濕陷性外，對(duì)土層物理力學(xué)性質(zhì)也有一定影響，影響地基處理施工，應(yīng)予重視。

3 地基處理措施

泵站站址大部分地段屬非自重濕陷性場(chǎng)地，部分地段屬自重濕陷性場(chǎng)地；大部分地段地基濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中等），部分地段地基濕陷等級(jí)為III 級(jí)（嚴(yán)重）。濕陷性場(chǎng)地濕陷性土層深度9 m，根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50025-2018）中地基處理規(guī)定及方法，濕陷性地基處理的措施有浸水法、強(qiáng)夯法、墊層法和素土擠密樁法4 種［1，2]，考慮到工程區(qū)地處干旱區(qū)，水量水資源不足，浸水法需要大量的水，所以不適應(yīng)；強(qiáng)夯法施工簡(jiǎn)單、快捷，是處理濕陷性黃土層地基常用的方法之一，但考慮到工程區(qū)距離村莊較近，強(qiáng)夯法施工期震動(dòng)力大，一方面會(huì)影響居民的正常生活和休息，強(qiáng)震動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致泵站附近村民房屋、院落地坪開裂，影響建筑物結(jié)構(gòu)安全，在果樹開花結(jié)果季節(jié)施工還可能導(dǎo)致花苞及果食震落，影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，以及工程區(qū)（調(diào)蓄水池、水廠及提水泵站）地基處理施工工期長(zhǎng)，故不建議采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理。充分考慮工程區(qū)地基特性、建筑物設(shè)計(jì)、施工條件、施工工期，以及類似黃土地區(qū)同類基礎(chǔ)處理經(jīng)驗(yàn)，地基處理方案考慮采用墊層法、素土擠密樁法兩種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，兩種方案技術(shù)成熟，均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工條件和施工工期相近。兩種方案具體措施及投資如下［3，4]：

方案一：墊層法

該方案對(duì)提水泵站地基采用墊層法處理，具體為：對(duì)泵站地基清除表層0.5 m～1.0 m 的耕作層，基礎(chǔ)墊層以下采用500 mm 厚10%水泥土換填，水泥土以下為3500 mm 厚素土換填，每側(cè)寬出基礎(chǔ)不小于2.0 m。換填時(shí)應(yīng)分層碾壓夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不得小于0.97，處理后的地基承載力不小于150 kPa?；A(chǔ)埋深-2.4 m，基礎(chǔ)墊層為100 mm 厚C15 混凝土。提水泵房墊層法處理深度4.0 m，為濕陷性土層厚度的2/3，剩余濕陷量為13.0 mm，地基處理滿足《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》中“6.1.2”關(guān)于乙類建筑的相關(guān)規(guī)定“自重濕陷黃土場(chǎng)地，處理深度不應(yīng)小于基底下濕陷性土層的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150 mm”。

方案二：素土擠密樁法

該方案對(duì)水廠地基采用素土擠密樁處理，樁長(zhǎng)穿透非濕陷性黃土層不小于1 m。按照有關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)［3]，取素土擠密樁樁徑400 mm，樁間距1.0 m，梅花形布置，樁長(zhǎng)7.0 m，樁體的夯實(shí)質(zhì)量宜用平均壓實(shí)系數(shù)控制。當(dāng)樁孔內(nèi)用素土分層回填、分層夯實(shí)時(shí)，填料的平均壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。樁頂標(biāo)高以上需設(shè)置10%水泥土墊層500 mm，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。

對(duì)以上兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，對(duì)兩種方案相同工程量的部位，其投資可不列入比較。

經(jīng)分析計(jì)算，墊層法地基處理概算為48.65 萬元；素土擠密樁法基礎(chǔ)處理概算為67.75 萬元。墊層法較素土擠密樁法投資低19.10 萬元。兩種方案投資分析見表2。

表2 提水泵房地基處理方案綜合比較表

綜合比較，墊層法和素土擠密樁法兩種方案均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，方案一墊層法投資較低，方案二素土擠密樁法投資較高，本次地基處理推薦采用墊層法。

對(duì)提水泵站廠坪地基采用原土翻夯法處理，具體為：除泵房建筑物基礎(chǔ)開挖處理部分，對(duì)廠坪基礎(chǔ)采用原土翻夯處理，處理深度0.5 m，其上鋪設(shè)300 mm 厚10%水泥土墊層。要求壓實(shí)系數(shù)不得小于0.97。

4 結(jié)論及建議

新建提水泵站地基層為濕陷性黃土，基礎(chǔ)承載力不滿足要求，在設(shè)計(jì)施工按時(shí)需進(jìn)行地基處理，濕陷性黃土地基處理方法較多，方法選擇上必須根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)條件、地質(zhì)資料和參數(shù)、建筑物特征對(duì)地基的要求，綜合考慮工期、施工質(zhì)量、施工對(duì)周圍建筑物和環(huán)境、工程造價(jià)等影響等因素，選擇技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理的處理方法。本次新建提水泵站濕陷性黃土地基處理采納了墊層法，簡(jiǎn)單實(shí)用，效果顯著，工程于2019年4月完工，在城鄉(xiāng)供水工程檢修期期間，很好地保證了受水區(qū)的水量和水質(zhì)，保障了受水區(qū)人們的生活和生產(chǎn)。