新開河口灌排站產(chǎn)生不均勻沉降的論證分析

王 錦

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 沈陽(yáng) 110006)

1 概述

盤錦市盤山縣新開河口灌排站樞紐工程建于1997年秋冬季，1998年5月開車通水，泵站裝機(jī)容量4800kW。

由于該站當(dāng)初建設(shè)時(shí)間緊迫，而且位于新開河老河道內(nèi)的淤泥質(zhì)河灘地上，地質(zhì)條件復(fù)雜，加之長(zhǎng)年滿負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，泵站存在以下問題:

主體廠房分3節(jié)共兩道伸縮縫，第一道伸縮縫開裂寬度14cm，不均勻沉陷8～12cm;第二道伸縮縫開裂寬度約為5cm，不均勻沉陷5～8cm，且呈東南向西北扭曲下沉，2008年加速開裂和下沉，由此產(chǎn)生廠房由東南向西北接縫處開裂及傾斜。

2 泵站沉降原因的分析論證

由于安裝間和主副廠房坐落在不均勻的軟基和一個(gè)由冬季施工填筑的三角形回填土基礎(chǔ)之上，當(dāng)時(shí)采用的基礎(chǔ)換砂處理，其處理深度在8～9m，在冬季施工，場(chǎng)地狹小，砂土碾壓很難保證質(zhì)量。不可必免地產(chǎn)生了較大的沉陷。

2.1 沉降原因的定性分析

結(jié)合《新開河口灌排站樞紐工程現(xiàn)狀安全檢測(cè)報(bào)告》和《新開河口灌排站現(xiàn)狀調(diào)查分析報(bào)告》的沉降原因分析結(jié)果以及工程竣工驗(yàn)收資料，對(duì)產(chǎn)生不均勻沉降的原因作了進(jìn)一步分析。

安裝場(chǎng)實(shí)際沉降約為140mm，主泵間也有約50mm沉降，其主要原因?yàn)?

a.安裝間下部原有地層壓縮模量較小，壓縮性較高;原有地層在上部荷載作用下產(chǎn)生沉降。

b.由于泵房開挖時(shí)安裝場(chǎng)基礎(chǔ)下有楔形回填土層存在，其斜坡下部土層并沒有進(jìn)行換填處理。并且因工期較緊，回填工作在冬季完成，回填質(zhì)量不高，在回填土中也可能存在不同程度的凍塊。綜合分析后認(rèn)為:泵站安裝場(chǎng)及主泵間程呈東南向西北方向扭曲下沉，在泵站主廠房⑦～⑧軸線段(即安裝場(chǎng)段)傾角約有8°，使⑦～⑧軸線變形縫處出現(xiàn)約10～12cm寬的裂縫，上下錯(cuò)移約有15cm，表明回填土的地基承載力要好于斜坡段原狀土的地基承載力，但均不能滿足地基承載力的要求，從沉降的狀況可以看出，這是產(chǎn)生沉降的主要原因。

c.主泵間基底低于安裝場(chǎng)基底近7m，而安裝間基礎(chǔ)下面以粉土為主，密實(shí)度較差，在水泵房設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)荷載使安裝間下土層產(chǎn)生蠕變，進(jìn)而產(chǎn)生較大沉降。

d.主泵間的沉降主要是由于回填工作在冬季完成，在回填土中也可能存在不同程度的凍塊。并且回填面凸凹不平，最薄處不到1.0m，平均回填厚度2.0m，這樣使回填質(zhì)量不高，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。水泵設(shè)備動(dòng)荷載也是其中的原因之一。

2.2 沉降原因的定量分析

2.2.1 安裝場(chǎng)沉降計(jì)算分析

2.2.1.1 土層分析

根據(jù)現(xiàn)有地勘資料，并考慮到形成時(shí)間、人工擾動(dòng)因素及后期由局部滲流引起的不利影響，各層土的參數(shù)取值如下:

第二層:粉黏交互層，壓縮模量 Es=4.2～4.4MPa，此層承載力特征值取90kPa;

第三層:粉土層，壓縮模量Es=3.7MPa，此層承載力特征值取130kPa;

第四層:細(xì)砂層，壓縮模量Es=6.3MPa，此層承載力特征值取160kPa;

2.2.1.2 沉降計(jì)算

壓縮模量 Es=3.7MPa，基底承載力特征值取130kN/m2，安裝間的基礎(chǔ)尺寸為10.5m×6.37m。沉降計(jì)算公式如下:

式中 S——地基最終變形量，mm;

S'——按分層總和法計(jì)算出的地基變形量;

ψs——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，ψs=0.2～0.4;

n——地基變形計(jì)算深度范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)，n=5;

p0——對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力，p0=289.8kPa，233.6kPa;

Esi——基礎(chǔ)底面第i層土的壓縮模量，取每層土復(fù)合壓縮模量Esp，Esi=3.5MPa。

2.2.1.3 計(jì)算結(jié)果及分析

通過(guò)上述公式計(jì)算出的最終沉降量S=87.36mm。

2.2.2 主泵間沉降計(jì)算分析

計(jì)算公式同上，壓縮模量Es=6.3MPa，基底承載力特征值取160kN/m2，主廠房的基礎(chǔ)尺寸為10.5m×17.98m，計(jì)算出的最終沉降量S=9.18mm。

3 結(jié)語(yǔ)

從計(jì)算結(jié)果可以看出，安裝間基礎(chǔ)沉降量較大，這是由于安裝場(chǎng)處在楔形回填土及開挖邊坡上，開挖邊坡的原狀土相對(duì)較軟弱，因而產(chǎn)生較大沉降，這是安裝場(chǎng)與主泵間出現(xiàn)較大沉降差的主要原因。而主泵間是由于安裝場(chǎng)的較大沉降變形，加之當(dāng)初是在冬季施工，換砂回填碾壓質(zhì)量難免受到一定影響，從而產(chǎn)生一定不均勻沉降。但安裝場(chǎng)實(shí)際沉降約140mm，主泵間實(shí)際沉降約50mm，比計(jì)算量均大，表明地基已處在失穩(wěn)狀態(tài)，必須進(jìn)行加固處理。

通過(guò)以上的分析論證和深入研究比較，最終確定采用C.G.S(Compaction Grouting System)工法對(duì)整個(gè)泵站進(jìn)行基礎(chǔ)加固處理。通過(guò)兩年的運(yùn)行考驗(yàn)，證明該方法可以成功地用于水利工程水工建筑物基底加固。

1 江正榮.地基與基礎(chǔ)施工手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

2 唐業(yè)清.簡(jiǎn)明地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.