上壩排澇泵站擋土墻軟土地基處理設(shè)計(jì)

魏遠(yuǎn)波

(五華縣水利水電勘測設(shè)計(jì)室，廣東五華514400)

1 工程概況

上壩排澇泵站為灌排兩用中型泵站，建于1998年，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為5 a一遇，而防洪的標(biāo)準(zhǔn)則為20 a一遇，裝機(jī)總?cè)萘繛? 000 kW，流量為12.1 m3/s，共裝4臺機(jī)組(4臺48ZL-87型的立式軸流泵)，配套電機(jī)的單機(jī)功率各為330 kW，泵站需要承擔(dān)12 km2農(nóng)田灌溉及11 km2農(nóng)田排水任務(wù)。泵站樞紐工程由7個(gè)部分組成，分別是:前池、進(jìn)水閘、出水池、泵房、引水涵閘、灌溉涵閘及出水涵閘［1］。

2 工程設(shè)計(jì)及其建筑物

基于原涌較為狹窄，其底寬度約為14～22 m之間，未能滿足排澇得要求與規(guī)劃。次段河涌的規(guī)劃寬度為28～30 m。工程的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)排澇的規(guī)劃及要求，對原涌河段的清涌進(jìn)行擴(kuò)寬，為了節(jié)省工程的占地面積，在設(shè)計(jì)涌線時(shí)，大致沿著原涌進(jìn)行布置。河涌斷面多數(shù)應(yīng)選取梯形斷面，涌底的高程應(yīng)達(dá)到規(guī)劃要求的-1.5 m進(jìn)行設(shè)計(jì);靠近河口的水閘段落，即樁號自4+370—4+500處，河涌與其東岸的房屋較為靠近，因此，為了避免過多地對河涌寬度的束窄以及拆遷工作，建議該段東岸的護(hù)岸方式應(yīng)采用直墻式進(jìn)行。

3 泵站下游端擋土墻的設(shè)計(jì)

泵站下游端擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)由另個(gè)部分組成，分別是直立擋墻段以及漸變段。漸變段長為12 m，其的底板頂高程為-1.2～-3.2 m，對于兩側(cè)擋土墻的設(shè)計(jì)，應(yīng)選用鋼筋混凝土直線扭曲面進(jìn)行，邊坡的系數(shù)為2，末端的墻高為8.3 m。直立擋墻的段長應(yīng)為4 m，底板的頂高程為-3.2 m，直立擋墻兩側(cè)的擋土墻應(yīng)為半重力式的鋼筋混凝，墻高8.3 m，底寬為7.4 m。

泵站下游端的擋土墻的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算及成果見表1，

表1 擋土墻穩(wěn)定計(jì)算

地質(zhì)的資料表明，泵站的擋土墻，其地基最大的所能承受的載力是95 kPa。根據(jù)上表顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可知，擋土墻的基底應(yīng)力、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)以及應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足要求;但是其的平均基底應(yīng)力比地基的承載力要大，最大的基底應(yīng)力是地基所能承載力的1倍以上，未能滿足規(guī)范的要求，因此，需要對地基進(jìn)行處理。

4 泵站的下游端擋土墻地基的處理

4.1 對水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)

前涌的下游端，其的擋土墻的地基應(yīng)分為壤土與黏土粉砂互層兩部分。基于工程的地質(zhì)及地基的承載力有限，部分經(jīng)過穩(wěn)定計(jì)算后的地基，其的承載力達(dá)不到滿足的規(guī)定要求，因此，處理地基的措施通常分為:強(qiáng)夯法、換土法、水泥攪拌樁法及振沖碎石樁等方式進(jìn)行。考慮到工程所處的區(qū)域，地下水位比較高，若采用強(qiáng)夯法來排水，比較困難、而且工期也較長，軟土層仍存在較厚，換土法也未能很好地解決這一問題;而振沖碎石樁的方式，其的防滲性較差，在地基的加固及穩(wěn)定保護(hù)方面不利，采用水泥攪拌樁的工藝比較簡單、其適用的范圍也較廣，綜合各方面的考慮，建議應(yīng)采用次設(shè)計(jì)方法對地基進(jìn)行處理。結(jié)合工程的實(shí)際進(jìn)展情況，擋土墻的底部，水泥土的攪拌樁為矩型布置，樁長為10 m，樁徑70 cm，樁與樁之間的距離是1.44 m，樁頂應(yīng)設(shè)置褥墊層，其碎石的厚度為0.3 m，粒徑＜20 mm。

4.2 水泥土攪拌樁的相關(guān)計(jì)算

4.2.1 單樁豎向承載力計(jì)算

單樁的豎向的承載力的值應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的公式進(jìn)行估算，其是由樁端土及樁周土的抗力進(jìn)而提供單樁的承載力。其單樁的承載力需滿足由樁周土與樁端土的抗力的符合樁身的材料及強(qiáng)度從而所確定的承載力。單樁的豎向的承載力的計(jì)算公式為:

式中:up來為單樁的周長用表示;n為表示土的層數(shù)，li為表示單樁長的范圍之內(nèi)第i層土的厚度;qsi為單樁第i層土的阻力值;Ap為單樁的截面積;qp為單樁尖地基土未修正的承載力的值，α為其的折減系數(shù)，通常情況下，其的折減系數(shù)與承載力的值分別為0.4和1.5 kPa，η表示單樁強(qiáng)度的折減系數(shù)，一般將其視為0.3;fcu為標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)情況下3個(gè)月的加固土試塊的抗壓強(qiáng)度，kPa;其中，加固土試塊的邊長為70.7 mm;Ra為單樁豎向承載力的值，一般取Ra為2.43×105kPa。經(jīng)計(jì)算，樁端土及樁周土的單樁的抗承載力為243 kN，而單樁材料強(qiáng)度豎向的承載力特征的值是288.7 kN，為了更好地發(fā)揮樁與樁之間的土層的復(fù)合地力基與承載力，則盡量使土層對單樁的支撐承受力應(yīng)與單樁本身的承載力的強(qiáng)度相接近。

結(jié)果表明，單樁材料強(qiáng)度大于樁端土及樁周土的單樁承載力，因此，達(dá)到了規(guī)定的要求。

4.2.2 復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

經(jīng)過處理化簡之后的復(fù)合地基的承載力數(shù)值的計(jì)算公式為:

式中:fspk為表示復(fù)合地基的承載能力的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值;Ra為單樁豎向承載力的值，Ap為單樁的截面積;Ra/Ap為單樁的每一截面積要承受的承載壓力;m為面積的置換率，經(jīng)過計(jì)算，m=0.266;fsk為單樁與單樁間的天然地基土的承載值，通常fsk取1×105kPa，β是指樁間的土層所受承載力的折減系數(shù)，修正后的樁端土木的承載力的值比樁周土的平均值的承載力大時(shí)，β的取值范圍自0.1～0.4;按照公式代入相應(yīng)的數(shù)值，可得到復(fù)合地基的承載力為fspk=1.756×105kPa，結(jié)果符合要求［2］。

4.3 復(fù)合地基沉降變形的計(jì)算

豎向的承載攪拌樁的復(fù)合地基，將會出現(xiàn)變形，其變形主要包括兩部分的變形，分別為:復(fù)合地基的壓縮變形，用S1來表示;單樁下端未加固的土層引起的壓縮變形，用S2來表示。

首先，復(fù)合地基的計(jì)算公式為:S1=(pzl+pz)×1/2×［m.Ep+(1-m)×Es］，其中，Esp=Es×(1-m)+m.Ep。在公式中，pzl是表示復(fù)合土層的底面附加的壓力數(shù)值，Pz是復(fù)合土層的頂面附加的壓力數(shù)值，其值與pzl相同，通常其的數(shù)值均為1.53×105kPa;Esp為復(fù)合土層壓縮的模量值，經(jīng)過計(jì)算，Esp=7.1683×107kPa;Es則是單樁間土的壓縮的模量值，即Es=6.9×106kPa;Ep是指攪拌樁壓縮的模量值，為pzl=2.5×108kPa。由以上的計(jì)算結(jié)果可得，復(fù)合地基沉降變形的壓縮值為S1=21.4 mm［3］。

4.4 樁端未加固土層的變形計(jì)算

5 結(jié)語

總之，排澇泵站的擋土墻，也常應(yīng)用于防止滑坡出現(xiàn)、軟化地基、減少水流對路基的沖刷及整治坍方等工作的預(yù)防。在進(jìn)行擋土墻軟土地基的工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保工程的順利開展。

［1］齊文君.用土工織物加固擋土墻軟土地基的方法［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2005(07):15-25.

［2］王清生.某擋土墻加固設(shè)計(jì)解析［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2007(2):8-14.

［3］李堅(jiān).試析土木織物加筋墊層法處理軟土路基［J］.價(jià)值工程，2010(18):2-13.

［4］羅春霞，黃金林.土工織物早高速公路軟基中的實(shí)驗(yàn)研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2011(04):22-28.