大型灌區(qū)泵站地基存在問題及處置措施

孟德昭

（山東東泰建工集團有限公司，山東 臨沂 276000）

0 引言

對于水利工程而言，地基問題是工程成敗的關鍵之一，若在設計施工過程中未能充分應對和處理，就可能帶來極其嚴重的后果[1]。當?shù)鼗某休d能力不足以支撐上部結構的自重及外荷載時，地基就會產(chǎn)生局部或整體破壞。當?shù)鼗谕夂奢d作用下產(chǎn)生過大變形時，會影響結構物的正常使用，可能導致結構開裂破壞[2-4]。而地基的滲漏量超過容許值時，會發(fā)生水量損失造成事故，在地震、暴雨和爆破等工況下，可能引起地基液化、失穩(wěn)和震陷等危害[5]。地基基礎的完整性是反映地基基礎尺寸的相對變化、材料的緊密性和連續(xù)性的一種綜合性指標，許多工程事故起因往往在于地基存在嚴重的缺陷，因而需要對地基完整性進行系統(tǒng)全面的調查與評價，將結果與最終建筑物的抗震等級、整體規(guī)模、地質條件及設計要求等眾多方面結合起來綜合分析評定[6，7]。灌區(qū)由多種水工建筑物組成，包括泵站、閘室、渠道等，其構筑物選址于不同地質環(huán)境條件，當?shù)鼗休d力等特征不符合穩(wěn)定要求時，需進行有針對性的加固處理[8]。相關實例表明，泵站地基經(jīng)加固、置換處理后滿足現(xiàn)行規(guī)范要求[9]。

1 工程基本情況

本文實例為山東某大型灌區(qū)新建排澇泵站，灌區(qū)始建于1958 年，1960 年建成運行，1962 年因澇堿停灌，1970 年復灌，后經(jīng)不斷完善，建成1 條總干渠和3條干渠，各類水工建筑物5 000多座。復灌以來，該灌區(qū)累計引進黃河水資源超過510 億m3，滋潤著36 萬hm2的魯西大地，承擔了聊城65%的耕地灌溉任務，保障了100 多萬城鄉(xiāng)居民的飲水安全。區(qū)內地勢較為平坦，自西北向東南傾斜，最高點高程為24.7 m，最低點高程為16.6 m。灌區(qū)土質為砂土，適宜種植水稻、小麥、油菜等多種作物。

灌區(qū)區(qū)域在大地構造上隸屬于華北斷塊區(qū)的東南緣，郯廬斷裂帶縱貫境內南北，區(qū)域內廣大平原地區(qū)皆為第四季覆蓋，灌區(qū)工程地質主要為黃泛沖積平原。根據(jù)現(xiàn)場調查及試驗分析成果，在鉆孔揭露深度范圍內，結合時代、成因及物理力學特性，鉆探深度范圍內的土層可分為9 個工程地質層，其物理力學性狀見表1。灌區(qū)新建排澇泵站，其地基位于第四層淤泥質粉質黏土（Q4al）及第五層粉土（Q4al），據(jù)勘探成果、調查分析及試驗表明，第④層淤泥質粉質黏土，土體強度低；第⑤層粉土（Q4al）屬中等液化土層，存在粉土液化問題。

表1 灌區(qū)土層物理力學性狀表

2 地基穩(wěn)定性分析

2.1 防滲計算分析

上游最高運行水位為23.50 m，下游最低水位為17.00 m，最大水位差△H=6.50 m。根據(jù)勘測資料，得出允許滲徑系數(shù)C=9。據(jù)泵室結構布置，現(xiàn)狀的防滲長度為48.50 m，按SL 265—2016《水閘設計規(guī)范》的要求，泵站防滲長度L應滿足公式：

根據(jù)式（1），最大水位差時的防滲長度L=C△H=9×6.50=58.50 m＞48.5 m（現(xiàn)狀防滲長度），說明現(xiàn)有結構尺寸不滿足滲徑要求。故此次采用在上游側增加滲徑長度的方式改善滲流條件，在出水池地板下延伸至兩岸設置水泥土攪拌樁作為截滲墻，樁體長12.00 m，直徑為0.50 m，樁體之間搭接0.10 m。因此，此次泵室結構滲徑總長度為48.50+2×12.0=72.50 m＞58.50 m，滿足要求。

2.2 抗滑穩(wěn)定計算分析

此次對泵站的泵室、上游翼墻進行抗滑穩(wěn)定計算，分別對泵室和翼墻的完建期、正常運行期、洪水期、地震期進行了計算，計算結果見表2、表3。泵站底板底高程為12.60 m（不含倒角），前池翼墻底板底高程為12.80～14.20 m（不含倒角），分別位于⑤層粉土及④層淤泥質粉質黏土。第⑤層粉土搖振反應迅速，低干強度，低韌性，屬于液化土層，地基允許承載力為100 kPa。第④層淤泥質粉質黏土高壓縮性，韌性低，土質不均勻，地基允許承載力為70 kPa。由表2，3 可知，泵站和上游翼墻地基反力最大值分別介于101.05～159.60 kPa，112.00～151.53 kPa，均大于第④、⑤層的地基允許承載力，即地基承載力不滿足要求，需進行地基處理。

表2 泵站穩(wěn)定計算成果表

表3 上游翼墻抗滑穩(wěn)定計算成果表

3 地基處置措施

3.1 工程處置措施

泵站站身底板位于⑤層粉土，該層土為中等液化土層。而泵室底板、翼墻底板均存在地基承載力不足的情況，分別按承載力不足與液化土處理兩個方面進行處理。

地基承載力不足處理方案：擬采用鉆孔灌注樁加固處理方案，利用站身底板與擋墻底板加固地基，樁徑為0.60 m，灌注樁間、排距分別為2.15，2.00 m，泵室底板樁底高程為-3.40 m，翼墻部位樁底高程為0.40～2.60 m，樁頂高程比底板頂高程少0.3 m。液化處理方案：由于第⑤層粉土層厚不大，此次結合地基承載力處理形式，采用鉆孔灌注樁的加固形式進行液化處理，即將灌注樁樁端深入液化深度以下的穩(wěn)定地層。根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規(guī)范》，單樁承載力可由樁周土和樁端土的抗力所提供的承載力確定，計算公式：

式中：Ra——單樁承載力，kPa；up——樁周長，取1.88 m；qsi——樁側土磨擦阻力特征值，粉質黏土取36，粉土取53，中細砂取70；lpi——土厚，m，取淤泥質粉質黏土厚2.8 m，粉土厚3.2 m；qpk——極限端阻力標準值，取1 500 kPa；Ap——樁截面面積，取0.28 m2。

3.2 效果分析

經(jīng)公式（2）計算，站身單樁承受上部荷載為709.14 kN，由樁周土和樁端土的阻力所提供的單樁允許承載力為926.08 kN＞709.14 kN，表明經(jīng)樁基加固處理后，承載力滿足要求。

同理，上游翼墻采用C30 鉆孔灌注樁加固地基，直徑為0.60 m，樁中心距2.20 m，樁底高程為0.80～2.20 m，單樁承受上部荷載為637.43 kN，由樁周土和樁端土的阻力所提供的單樁允許承載力為662.32 kN＞637.43 kN，亦表明承載力滿足要求。并且樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定層，加固處理后的樁基不存在液化問題。

4 結語

地基基礎埋藏于地下，具有一定隱蔽性，對建筑主體結構安全穩(wěn)定至關重要。本文通過對大型灌區(qū)新建泵站的地基進行分析，針對地基存在的粉土液化與承載力不足問題，采用針對性加固處理的措施，樁基工程實施后，地基液化與承載力均得到有效改善，且滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。在泵站加固處理施工期間，應注重開展已投運排水防澇設施的隱患排查，全面扎實做好泵站防備汛工作，慎重比選地基工程監(jiān)測方案，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析加固處理后的地基基礎處置效果。