泵站更新改造工程泵房基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)探析

李保軒

(廣東中灝勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 肇慶 526000)

新的發(fā)展環(huán)境下，社會(huì)發(fā)展對(duì)于水利資源的開發(fā)利用提出了越發(fā)嚴(yán)格的要求，也帶動(dòng)了水利工程的建設(shè)和發(fā)展。當(dāng)前，我國(guó)很多泵站在運(yùn)行中都出現(xiàn)了排澇能力不足、構(gòu)筑物老化嚴(yán)重，安全隱患眾多，需要對(duì)其進(jìn)行必要的更新改造，通過(guò)拆除重建的方式來(lái)提升泵站的整體性能，確保其能夠很好的滿足社會(huì)發(fā)展要求。

1 工程概況

棉湖貢山泵站位于揭西縣棉湖聯(lián)圍內(nèi)，棉湖聯(lián)圍的排澇任務(wù)由棉湖、貢山兩座泵站共同擔(dān)負(fù)，棉湖泵站位上圍，于2003年建成投產(chǎn)，貢山泵站位于下圍，下圍集雨面積25.5 km2，保護(hù)人口10.5萬(wàn)人，耕地面積1.76萬(wàn)畝，圍內(nèi)工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)8.65億元。貢山泵站興建于1976年，擔(dān)負(fù)貢山圍26.39 km2集雨面積的排澇任務(wù)。貢山泵站原設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇24小時(shí)暴雨3天排干，排澇流量為26.8 m3/s，裝機(jī)15臺(tái)，總裝機(jī)容量為1950 kW。泵房結(jié)構(gòu)為堤后式濕室型，采用軸流立式機(jī)組，喇叭口進(jìn)水，出水流道為單機(jī)單根混凝土壓力管，拍門斷流。

工程建成投產(chǎn)運(yùn)行至今已有38年，原設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)偏低，排澇能力不足,且該站水工建筑物、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備均存在嚴(yán)重的安全隱患，危及安全運(yùn)行，土建結(jié)構(gòu)及主要機(jī)電設(shè)備均已達(dá)到或超過(guò)合理使用壽命,根據(jù)《廣東省揭西縣棉湖鎮(zhèn)棉湖貢山泵站工程安全鑒定報(bào)告》(2009年5月)，評(píng)定貢山泵站、貢山自排閘和貢山節(jié)制閘為四類泵站和水閘，存在嚴(yán)重的安全隱患，應(yīng)拆除重建[1]。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文條件

榕江南河揭西縣境內(nèi)現(xiàn)設(shè)有富口、河婆及東橋園水文站。貢山圍內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，貢山泵站上游3.6 km處有東橋園水文站，該站位于榕江南河的中下游，臨近榕江南北河交匯處，是榕江南河的控制性水文站。東橋園水文站屬于國(guó)家基本站點(diǎn)，建站時(shí)間較早，水文資料系列較長(zhǎng)，洪水資料完整可靠，故本次設(shè)計(jì)以東橋園水文站作為參證站。

2.2 地質(zhì)條件

貢山泵站及自排閘工程區(qū)布置了17個(gè)鉆孔，勘探最大揭露深度為28.30 m，揭露地層主要為第四系人工填筑(Q4s)成因的填土，海積沖積(Q4al+m)成因的淤泥質(zhì)土、沖積(Q4al)成因的粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉砂、中粗砂、礫砂、卵礫石和下部基巖(燕山期花崗巖)。貢山節(jié)制閘工程區(qū)布置了5個(gè)鉆孔，勘探最大揭露深度為23.90 m，揭露地層主要為第四系人工填筑(Q4s)成因的填土，海積沖積(Q4al+m)成因的淤泥質(zhì)土及沖積(Q4al)成因的粉質(zhì)粘土、中粗砂、礫砂和下部基巖(燕山期花崗巖)[2]。

3 泵房基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

結(jié)合相應(yīng)的可行性研究以及《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50265-2010)的相關(guān)要求，將更新改造泵站建筑防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為30 a一遇，并且依照100 a一遇進(jìn)行校核。泵站主要建筑為3級(jí)，次要建筑為4級(jí)。結(jié)合泵站的實(shí)際情況，在泵房基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)中，需要關(guān)注幾個(gè)核心問(wèn)題。

3.1 泵站和自排閘基礎(chǔ)處理

3.1.1 方案比選

對(duì)照相應(yīng)的可行性研究報(bào)告，在初步設(shè)計(jì)階段，針對(duì)泵站以及自排閘所處區(qū)域的地質(zhì)狀況進(jìn)行進(jìn)一步的勘察工作，發(fā)現(xiàn)在泵站和自排閘基底廣泛分布有淤泥質(zhì)土層和淤泥質(zhì)粉砂層，雖然厚度不大[3]，但是分布十分不均勻，處理難度相對(duì)較大。在貢山泵站下游揭陽(yáng)市三洲攔河閘應(yīng)急重建工程中，通過(guò)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)和水泥攪拌樁復(fù)合地基的比選，最終選用了CFG樁復(fù)合地基并取得了成功。由于本工程和三洲攔河閘地基土層相差不大，且荷載特性基本相同，因此本階段設(shè)計(jì)采用CFG樁和水泥攪拌樁復(fù)合地基方案比較后確定建筑物的基礎(chǔ)處理方案。為對(duì)兩種方案的實(shí)際效果進(jìn)行對(duì)比，這里以泵站主廠房為例進(jìn)行方案比選，結(jié)果見(jiàn)表1。綜合考慮各方面的實(shí)際情況，最終決定選擇CFG樁方案來(lái)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理[4]。

表1 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)和水泥攪拌樁方案對(duì)比

3.1.2 處理狀況

在泵站和自排閘的主要建筑中，全部采用了CFG樁施工方案，樁體直徑為500 mm，結(jié)合不同建筑物的實(shí)際情況，對(duì)CFG的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：①在泵站主廠房中，基礎(chǔ)承受的平均應(yīng)力為109.66 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進(jìn)入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長(zhǎng)為8.5 m。處理后，基礎(chǔ)承載能力達(dá)到110 kPa，沉降量為4.95 mm，能夠滿足設(shè)計(jì)要求；②在泵站防洪閘中，基礎(chǔ)承受的平均應(yīng)力為100.83 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進(jìn)入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長(zhǎng)為12.0 m[5]。處理后，復(fù)合地基承載力為140 kPa；③在清污橋中，基礎(chǔ)承受的平均應(yīng)力為49.69 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.75 m，樁端進(jìn)入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長(zhǎng)為8.0 m。處理后，復(fù)合地基承載力為85 kPa；④在泵站前池扶壁擋墻中，基礎(chǔ)承受的平均應(yīng)力為138.04 kPa，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.00 m，樁端進(jìn)入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長(zhǎng)為10.0 m。處理后，復(fù)合地基承載力為140 kPa；⑤在自排閘閘室中，基礎(chǔ)承受的平均應(yīng)力為138.66 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進(jìn)入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長(zhǎng)為10.0 m。處理后，復(fù)合地基承載力為140 kPa，總沉降量在20.56 mm，能夠滿足設(shè)計(jì)要求[6]；⑥在自排閘箱涵中，基礎(chǔ)承受的平均應(yīng)力為108.90 kPa，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進(jìn)入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長(zhǎng)為9.0 m。處理后，地基承載力為110 kPa，沉降量15.15 mm，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 節(jié)制閘基礎(chǔ)處理

結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)勘察報(bào)告分析，在泵站節(jié)制閘區(qū)域，存在有厚度較大的淤泥質(zhì)土層，該層土抗剪強(qiáng)度很低，與復(fù)合地基加強(qiáng)體的摩阻力小，若采用CFG樁復(fù)合地基，不能有效發(fā)揮CFG樁的強(qiáng)度，且剛性樁復(fù)合地基不能有效提高復(fù)合地基的抗剪能力，因此本次設(shè)計(jì)節(jié)制閘仍采用可研階段推薦的攪拌樁復(fù)合地基處理方案。而依照地基處理后的復(fù)合地基承載力大于基底最大應(yīng)力和總沉降量小于150 mm等設(shè)計(jì)原則，各主要建筑物樁基均采用直徑800 mm的水泥攪拌樁處理[7]。

節(jié)制閘基礎(chǔ)的處理體現(xiàn)在兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)域：一是節(jié)制閘閘室基礎(chǔ)的處理，要求基礎(chǔ)應(yīng)力為101.39 kPa，將樁距控制在1.50 m×1.20 m，樁端進(jìn)入中粗砂層大于1.00 m，平均有效樁長(zhǎng)為11 m，處理后的復(fù)合地基在承載力方面達(dá)到了110 kPa，沉降量為34.30 mm；二是節(jié)制閘懸臂擋墻基礎(chǔ)的處理，要求基礎(chǔ)應(yīng)力為119.76 kPa，將樁距控制在1.20 m×1.20 m，樁端進(jìn)入中粗砂層大于1.00 m，平均有效樁長(zhǎng)為11 m，處理后的復(fù)合地基在承載力方面達(dá)到了120 kPa，沉降量能夠滿足設(shè)計(jì)施工要求。

3.3 舊泵站拆除

舊泵站的拆除是泵站更新改造的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為不影響泵站的正常使用，需要在新泵站建成并且正常運(yùn)行之后，才能拆除舊泵站。舊泵站泵房拆除范圍包括底板以上的漿砌石結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)、攔污柵及閘墩、出口拍門、出口部分擋墻、穿堤涵管和護(hù)坦。在舊泵站攔污柵位置新建懸臂擋墻，懸臂擋墻高3.50 m，頂高程4.50 m。懸臂擋墻頂設(shè)置4 m寬平臺(tái)。舊泵站原有區(qū)域拆除后回填至8.00 m高程，長(zhǎng)度約26.00 m左右，8.00 m高程和4.50 m高程之間采用1∶2坡度銜接。舊泵站穿堤涵管拆除后利用黏土回填壓實(shí)[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)泵站進(jìn)行更新改造的過(guò)程中，需要切實(shí)做好水文地質(zhì)勘察，了解泵站的具體情況，明確其中存在的缺陷和問(wèn)題。對(duì)安全隱患進(jìn)行防范，尤其需要重視泵站基礎(chǔ)處理的設(shè)計(jì)工作，對(duì)照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理，保證基礎(chǔ)的穩(wěn)固性和可靠性，為泵站的安全運(yùn)行提供可靠的基礎(chǔ)支撐，使得泵站的功能和作用能夠最大限度的發(fā)揮出來(lái)。