和縣龍興湖一站地基加固方案分析

黃冰強

一、基本情況

近年來，嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害充分暴露出馬鞍山市和縣中小河流防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低、城鄉(xiāng)排澇能力不足、小型水庫病險隱患較多等防洪減災(zāi)體系中的短板。龍興湖一站位于和縣十里九連圩片，該區(qū)是和縣打造經(jīng)濟發(fā)展新動能的重要區(qū)域，建設(shè)龍興湖一站工程對提高該區(qū)排澇能力、減免災(zāi)害損失、穩(wěn)定區(qū)域糧食產(chǎn)量等有很大作用。

龍興湖一站設(shè)計規(guī)模13.0m3/s，裝機容量1050kW，位于九連圩溝干渠入西馬支河河口，區(qū)域內(nèi)軟弱地基分布較廣。

二、地質(zhì)條件分析

（一）地層簡述

根據(jù)野外勘探資料，在站址區(qū)揭露的地層從上而下主要為：

①層（Qml），素填土，棕褐、灰色，軟塑～可塑，濕，以粉質(zhì)粘土為主，局部夾植物根莖及少量碎石。揭露該層層厚為1.00～7.90m，層底高程2.67～6.89m。

①1層（Qal），淤泥，灰褐色，飽和，流塑，含有機質(zhì)和腐殖質(zhì)，具腥臭味。揭露該層層厚為1.30～2.10m，層底高程2.34～4.09m。

②層（Q4al），中粉質(zhì)壤土，灰褐色，軟塑～可塑，濕，為中等壓縮性土層，局部分布。揭露該層層厚為0.00～5.00m，層底高程0.47～2.81m。

②1層（Q4al+pl），淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，灰褐色，軟塑，濕，含少量有機質(zhì)，局部夾輕粉質(zhì)壤土薄層，具有淤泥味，高壓縮性土。揭露該層層厚為2.80～9.90m，層底高程-0.59～-8.23m。

③1層（Q4al），重粉質(zhì)壤土，灰褐～棕褐色，可塑，濕，中等壓縮性土。揭露該層層厚為13.50～19.50m，層底高程-18.85～-22.81m。

⑤層泥質(zhì)粉砂巖，棕紅色，堅硬，濕，全風(fēng)化呈砂土狀。揭露該層層厚為1.00～3.10m，層底高程-19.85～-25.21m。

龍興湖一站建基面高程范圍為3.9～4.4m，泵站各建筑物均坐落在②層中粉質(zhì)壤土層。

（二）地層條件評價

龍興湖一站基礎(chǔ)持力層為②層中粉質(zhì)壤土，呈軟塑～可塑狀，該層為中等以下強度地層，中壓縮性，孔隙比大，含水量大，工程地質(zhì)條件較差。含水量范圍值23.5%～46.8%、均值33.0%；孔隙比范圍值0.627～1.465、均值0.964；液性指數(shù)均值1.79；塑性指數(shù)均值9.8；壓縮模量6.10MPa；直接快剪粘聚力小值均值7.20kPa，直接快剪內(nèi)摩擦角小值均值15.6°；滲透系數(shù)為5.9×10-4cm/s，屬中等透水；承載力允許值[R]=120kPa。

其下為②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，呈軟塑狀；該層為軟弱強度地層，高壓縮性，工程地質(zhì)條件差。含水量范圍值26.3%～59.9%、均值37.3%；液性指數(shù)均值1.48；塑性指數(shù)均值13.3；壓縮模量3.14MPa；直接快剪粘聚力小值均值9.0kPa，直接快剪內(nèi)摩擦角小值均值8.2°；滲透系數(shù)為5.40×10-5cm/s，屬弱透水；承載力允許值[R]=60kPa。

②層中粉質(zhì)壤土承載力為120kPa，即使②層土承載力可滿足地基應(yīng)力要求，但該層下臥②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，其強度低，建筑物存在進(jìn)一步沉降的可能；內(nèi)摩擦角和粘聚力數(shù)值低、抗剪強度低，其地基抗滑穩(wěn)定性差。軟土地基可導(dǎo)致建筑物不均勻沉陷，使建筑物開裂，對整個工程的安全構(gòu)成威脅。

二、地基承載力分析

龍興湖一站的底板均直接坐落于②層中粉質(zhì)壤土層上，而②層下又分布為②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，層厚較大，承載力特征值為60kPa，為軟弱下臥層。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79－2012），當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)有軟弱下臥層時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

應(yīng)按下式驗算軟弱下臥層的地基承載力：

pz+pcz≤faz

式中：

pz—相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值（kPa）；

pcz—軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值（kPa）；

faz—軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值（kPa）。

對矩形基礎(chǔ)，上式中的pz值可按下列公式簡化計算：

式中：

b—矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底邊的寬度（m）；

l—矩形基礎(chǔ)底邊的長度（m）；

pc—基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值（m）；

z—基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離（m）；

θ—地基壓力擴散線與垂直線的夾角（°）。

龍興湖一站軟弱下臥層地基承載力不能滿足建筑要求，需要對地基進(jìn)行加固處理。軟弱下臥層驗算見表1。

表1 軟弱下臥層驗算表

三、地基處理方案確定

(一）方案比選

龍興湖一站各部位建筑物的底板均坐落于中粉質(zhì)壤土層上，但該層較薄，且下臥軟弱土層較厚，結(jié)合項目區(qū)地質(zhì)情況，采用預(yù)應(yīng)力管樁方案（預(yù)應(yīng)力混凝土管樁）和水泥土攪拌樁方案進(jìn)行比選。

方案一（預(yù)應(yīng)力管樁方案）：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁直徑為0.4m，樁距為1.4～1.6m，樁為摩擦型樁，樁體強度C80，樁進(jìn)入持力2.5d。

方案二（水泥土攪拌樁方案）：水泥攪拌樁樁徑為0.5m 的單軸攪拌樁，水泥攪拌樁須進(jìn)入重粉質(zhì)壤土層不小于1.0m；水泥土的抗壓強度等級不小于2MPa。水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，摻入量暫定為16%（重量比，應(yīng)注意各土層的天然容重不同），具體由試驗確定。

由于建基面以下②層中粉質(zhì)壤土承載力較高，兩種方案均按復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計。兩種方案的設(shè)計，主要是確定樁的置換率和長度。豎向承載攪拌樁的長度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達(dá)承載力相對較高的土層。

對兩種方案從工程施工、施工工期、工程投資等方面進(jìn)行比較，見表2。

表2 地基處理方案比選表

（二）方案確定

根據(jù)龍興湖一站現(xiàn)場實際情況，綜合確定選用水泥土攪拌樁作為其地基處理加固方案，加固后地基承載力均有效增加，滿足基地應(yīng)力要求。經(jīng)水泥土粉噴樁加固后的地基屬于復(fù)合地基，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），其承載力按下式計算：

式中：qsi—樁周第i 層土的側(cè)阻力特征值（kPa），對淤泥可取4～7kPa，對淤泥質(zhì)土可取6～12kPa，對軟塑狀態(tài)的粘性土可取10～15kPa，對可塑狀態(tài)的粘性土可取12～18kPa；本工程②2層土的qs取為8kPa，③層土的qs取為16kPa；

α—樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6，本工程取0.4；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.1～0.4，差值大時取低值；當(dāng)樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.5～0.9，差值大時或設(shè)置褥墊層時，均取高值；本工程取0.4。

根據(jù)水泥土粉噴樁的設(shè)計及布置，建筑物地基經(jīng)處理后的復(fù)合地基承載力計算成果見表3。

四、結(jié)論

（1）針對多層復(fù)雜地基不僅需要計算建基面承載力，還需復(fù)核下臥軟弱層地是否滿足承載力要求，龍興湖一站軟弱下臥層地基承載力不能滿足建筑要求，需要對地基進(jìn)行加固處理。

（2）地基處理方案的選擇要根據(jù)工程實際情況進(jìn)行選擇。本次龍興湖一站考慮到預(yù)應(yīng)力管樁方案對交通條件要求較高、投資較大，采用水泥土攪拌樁方案進(jìn)行地基處理。

（3）龍興湖一站地基采用水泥土攪拌樁進(jìn)行處理后各部位復(fù)合地基承載力均滿足建筑物基底應(yīng)力要求■