PHC樁在來安縣廣大圩泵站地基處理中的應(yīng)用

袁 杰

(安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司,安徽 合肥 230088)

1 工程概況

來安縣廣大圩泵站地處滁州市來安縣三城鄉(xiāng)，位于廣大圩徐渡自排涵下游約50 m處，外排河道為清流河。泵站經(jīng)過多年的運行，存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、裝機(jī)容量小、工程老化等問題，大部分建筑物剝蝕嚴(yán)重、混凝土碳化、骨料裸露、裂縫缺損、滲水漏水，金屬結(jié)構(gòu)和埋件銹蝕嚴(yán)重，機(jī)電設(shè)備老化磨損嚴(yán)重及維修十分困難、工程長期帶病超負(fù)荷運行，排澇效率低，存在很多安全隱患。本次廣大圩泵站擴(kuò)建工程拆除現(xiàn)有泵站于原址擴(kuò)建，設(shè)計排澇流量為26.0 m3/s，裝機(jī)5臺套，總裝機(jī)容量2 800 kW，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。

廣大圩泵站為堤后干室型泵站，排澇溝進(jìn)水正向入進(jìn)水閘，出口方向偏清流河下游，泵站樞紐建筑物按照現(xiàn)有出水渠走向偏左側(cè)布置。泵站沿中心線順?biāo)飨蛞来尾贾糜羞M(jìn)水閘、前池、站身、匯水箱、穿堤涵洞以及出口防洪閘。泵站灌溉引水配套建筑物分別為前池右側(cè)引水涵和匯水箱左側(cè)灌溉出水涵。

2 地質(zhì)情況

①層素填土(Qml)，以中粉質(zhì)壤土～重粉質(zhì)壤土為主，棕褐夾灰色，軟塑～可塑，很濕～飽和，屬中等偏高壓縮性。層厚0.40～4.60 m，層底高程6.37～11.05 m。

⑤層泥質(zhì)砂巖(K)，棕紅色，全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化，表層為全風(fēng)化、其下漸變?yōu)閺?qiáng)風(fēng)化。該層部分鉆孔未揭穿，已揭露最大厚度為0.90 m，最深層底高程為-17.83 m。

根據(jù)廣大泵站地質(zhì)剖面圖和樞紐縱橫剖面圖，泵站進(jìn)水閘、前池和泵房建基面均為③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，匯水箱和穿堤涵雖位于②層重粉質(zhì)壤土層，但其厚度不足1.0 m左右。③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土平均標(biāo)貫擊數(shù)2.9擊，地質(zhì)報告根據(jù)綜合室內(nèi)試驗與野外原位測試結(jié)果得出的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=70 kPa。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》(GB 50265-2010)規(guī)定“標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于4擊的黏性土地基和標(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 地基處理方案比選

根據(jù)地形地質(zhì)條件，一般可采用樁基礎(chǔ)或者復(fù)合地基加固的方式解決地基承載力不足、地基沉降過大的問題。按照類此工程處理經(jīng)驗和水利工程特點，本工程可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁基礎(chǔ)和釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基兩種方式。兩種方案優(yōu)缺點如下：

(1)PHC樁是采用預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制成的一種細(xì)長空心體混凝土預(yù)制構(gòu)件，是一種采用擠土或半擠土的樁基形式，是將建筑物的荷載傳給地基土的具有一定抗彎、抗壓性能的受力構(gòu)件。PHC樁基礎(chǔ)技術(shù)成熟，樁身混凝土強(qiáng)度高，打入硬土層，經(jīng)過強(qiáng)烈的擠壓，樁端承載力可比原狀提高80%～100%；樁體預(yù)制由工廠化離心生產(chǎn)，容易保證質(zhì)量；可根據(jù)需要制成各種不同長度的樁段運到工地后可相互連接，施工快捷簡便。缺點是沉樁時一般用錘擊或振動法下沉，施工噪聲大，用靜壓法施工可消除噪聲污染，但它要求的設(shè)備和環(huán)境條件使其應(yīng)用受到限制。

(2)釘形水泥土雙向攪拌樁進(jìn)行軟基加固，這是一種在常規(guī)水泥土攪拌樁基礎(chǔ)上加以基加固處理方法，是將水泥土攪拌樁成樁機(jī)械的鉆桿改進(jìn)為同心雙軸鉆桿，通過外桿上改進(jìn)后形成的新型地葉片反向旋轉(zhuǎn)過程中的壓漿作用和正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時雙向攪拌水泥土，阻斷水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質(zhì)量。釘形水泥土雙向攪拌樁擴(kuò)大頭部分與樁一次施工完成，操作方便；在上覆荷載的作用下，充分利用土拱作用，擴(kuò)大頭部分確保樁體和樁周土協(xié)調(diào)變形，達(dá)到更佳的復(fù)合地基效果；充分利用土中應(yīng)力傳遞規(guī)律，加強(qiáng)土體上部復(fù)合地基強(qiáng)度。缺點是攪拌樁在深厚淤泥質(zhì)土內(nèi)樁身質(zhì)量對施工工藝要求高、施工及檢測周期較長，地基變形量較大。

考慮廣大站建設(shè)要求周期短，站址處軟弱土層深厚，新建泵站機(jī)組運行對地基變形和沉降的敏感性較高，站基擬采用管樁復(fù)合地基，即鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管樁。

4 地基處理布置

4.1 工程布置

根據(jù)泵站建筑物基礎(chǔ)平面輪廓、埋深以及上部荷載，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁直徑擬采用0.4 m，樁底以進(jìn)入④層中粗砂層內(nèi)為宜，樁頂設(shè)0.4 m厚水泥土墊層。樁位平面呈矩形排列，樁距3.5～2.0 m，長度15.0～17.0 m，共布置338根樁，總長度約5 286.8 m。

4.2 地基承載力計算

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)對有黏結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基計算公式：

計算得出廣大泵站基礎(chǔ)各部位復(fù)合地基豎向承載力特征值：進(jìn)水閘上游翼墻(單側(cè))為124.6 kPa，進(jìn)水閘為108.8 kPa，泵房為121.1 kPa。

進(jìn)水閘上游翼墻、進(jìn)水閘、泵房基底壓應(yīng)力按最大工況計算，基底壓應(yīng)力最大值σmax分別為：122 kPa、146.5 kPa、105.2 kPa。根據(jù)以上計算內(nèi)容，采用管樁復(fù)合地基處理后，地基承載力均滿足上部荷載要求。

4.3 地基沉降計算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007-2011)，采用分層總和法計算得出進(jìn)水閘上游翼墻地基最大沉降量為29.6 mm，進(jìn)水閘最大沉降量為17.2 mm，泵房最大沉降量為13.9 mm，沉降量不大，因此采用PHC樁進(jìn)行地基處理加固方案是可行合理的。

5 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)成熟，與常規(guī)地基處理方式相比，施工速度快，沉降控制嚴(yán)格，實際施工效果顯著，具有廣泛的應(yīng)用前景。文章結(jié)合背景工程闡述了此方案的設(shè)計布置，為工程的順利實施提供了保障，對類似工程提供了參考。