古鎮二明竇排澇泵站主廠房軟基處理工程設計

□劉建玲（臨汾市水利勘測設計院）

1 前言

1.1 工程概況

古鎮二明竇排澇泵站工程是廣東省重點防災減災工程之一，位于廣東省中山市古鎮西部中順大圍與滘沙圍之間、順成河出口海洲水道東岸，排（引）水流量27.60m3/s，是古鎮滘沙圍內以排澇、防洪(潮)為主，兼顧引水灌溉的水利樞紐工程。

整個泵站樞紐工程由泵站、自排防洪閘、泵排防洪閘、泵排節制閘、引水節制閘、輸水渠、順成河及2座配套排澇閘等組成。

二明竇排澇泵站工程等別為Ⅲ等，規模為中型，主要建筑物等級為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級，泵站(包括其4座水閘)的防洪標準按50 a一遇設計。

1.2 地質概況

二明竇排澇泵站位于東南沿海珠江三角洲地區，地貌多為淤積、沖積平原，偶見低山、殘丘，河流水道眾多，漫灘、階地發育。地層多為第四紀濱海相沉積層和白堊紀、泥盆紀沉積層及下古生界的變質巖。巖性以砂質粘土、淤泥質粘土、淤泥、細砂、中砂、礫砂、淤泥、粉砂質淤泥和粉砂巖、粉砂質頁巖、砂巖、砂礫巖、礫巖為主。變質巖主要為黑云母斜長片麻巖、混合片麻巖等。根據勘察成果，場地未發現影響其穩定性的不良地質作用及構造現象，場地是穩定的。

根據鉆探揭露場地內埋藏的地層自上而下依次為：淤泥、粘性土、花崗巖。場區內場地土的類型屬軟弱場地土，建筑場地類別為III類，站址地區地震基本烈度為Ⅶ度，工程場地雖無不良地質構造，但因場地土為軟弱土，應進行基礎處理。

1.3 泵站主廠房

泵站主廠房聯軸層以下順水流方向長度14m，聯軸層以上順水流方向長度12m，垂直水流方向寬度18.50m，機組間距6m；由下而上分別為進水流道層、水泵層、聯軸層、電機層。主廠房地基長度為18.50m，寬度為14m。

經對泵站主廠房完建工況、設計洪水位工況、校核洪水工況各工況的穩定計算得出，最大豎向力G為31962 kN，最大水平力H為5729 kN，泵房在各種荷載組合工況下均滿足穩定要求，但完建期平均地基應力為123.41 kPa，根據地質資料，主廠房基礎淤泥地基承載力為50 kPa，需進行基礎處理，以提高地基承載力，滿足泵房上部荷載要求。

2 基礎處理方案擬定比選

在選擇地基處理方案時，考慮上部結構主廠房、基礎和地基的共同作用，并經過經濟技術比較選用合理的地基處理方案。根據軟基處理的有關文獻，設計中擬定了換填墊層法、砂石樁法、混凝土灌注樁法及預應力混凝土管樁法的方案進行了比選。具體見表1。

表1 基礎處理方案比選表

2.1 換填墊層法

換填墊層法是通過地基處理，形成良好的持力層，從而改變地基承載力特性，提高抗變形和穩定能力，施工時應注意坑邊穩定，保證填料質量，填料應分層夯實。但此法主要是軟基層厚度較簿時采用，且工程造價較高，鑒于本工程軟基層厚度較大，故本次不采用。

2.2 砂石樁法

砂石樁用以加固較深淤泥軟土地基，由于存在工期長、完工后變形大等問題，針對本工程對變形有嚴格要求，故本次不采用。

2.3 混凝土灌注樁法

混凝土灌注樁法用于軟基層較厚的地基處理，打灌注樁至硬土層，但灌注樁存在一些技術難題，一是灌注樁在深厚軟土中存在樁身完整性問題，樁身混凝土灌注質量、樁底沉渣清理和持力層判斷不易監控等方面質量檢查比較困難，如樁的各種檢測方法基本上都是在一定的假設模型的基礎上進行參數測定和檢驗，并要依靠專業人員的經驗來分析和判讀實測結果，同一個樁基工程，各檢測單位用同一種方法進行檢測，由于技術人員的實踐經驗的差異，其結論偏差很多時候也時有發生。二是灌注樁存在泥漿污染問題，歸根結底，其施工質量受較大的人為因素和客觀因素制約。由于泵站主廠房基礎處理屬本工程重中之重，稍有不慎可能影響全局，故本次不采用。

2.4 預應力混凝土管樁法

當淤泥軟基層較厚難以大面積進行深處理時，也可采用預應力混凝土管樁法進行加固處理。預應力混凝土管樁由于具有較強承載力、投資省、質量有保證、施工速度快等特點，目前在建筑業界已得到普遍運用，結合本工程特點及要求，本次采用預應力混凝土管樁對泵站主廠房軟基進行加固處理。

3 基礎處理工程設計

根據工程地質勘察報告，結合泵站主廠房位置，以ZK11地質資料為依據，采用混凝土強度等級為C60級，直徑φ=500mm預應力混凝土管樁，管樁采用PHC型AB組，壁厚為125mm，擬定樁長17m。泵站主廠房樁基按照矩形布置，沿主廠房地基長度方向布置7排，中間三排間距為3m，兩側兩排間距均為2.70m，沿寬度方向布置6排，間距為2.46m，共布置管樁42根。

3.1 單樁豎向承載力計算

由穩定計算得知完建期泵站主廠房基底應力最大，故單樁作用力設計值QK＝G/n=761 kN。

按端承摩擦型樁進行設計，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）第8.5.5條計算單樁豎向承載力特征值，計算公式為：

式中：Ra—單樁豎向承載力特征值,kN；qsia—第i層土的樁側阻力特征值，kPa；qpk—極端端阻力特征值，kPa；Ap—樁底端橫截面面積，m2；up—樁身周邊長度，m；li—樁穿越第i層土的厚度，m。

擬定樁長17m，代入各參數進行計算，結果詳見表2。

表2 單樁豎向承載力計算表

由計算結果可見，直徑φ=500mm預應力混凝土管樁布置形式和單樁豎向承載力滿足設計要求。

3.2 單樁水平向承載力計算

由穩定計算得知，在外江校核洪水位4.83m相應內涌水位0.30m時泵站主廠房所受的水平推力最大，故單樁水平向作用力設計值HK=H/n＝136.40 kN。

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-94）第5.4.2.5條計算單樁水平向承載力設計值，計算公式為

式中：EI—樁身抗彎剛度；χ0a—樁頂容許水平位移（取χ0a＝10mm）；VX—樁頂水平位移系數（取VX＝0.94）。擬定樁長17m，代入各參數計算，結果詳見表3。

表3 單樁水平向承載力計算表

由計算結果可見，直徑φ=500mm預應力混凝土管樁布置形式和單樁水平承載力滿足設計要求。

綜上計算結果，擬定的φ=500mm預應力混凝土管樁布置形式和樁長滿足泵站主廠房地基承載力要求。

4 結語

軟土地基由于土顆粒細、孔隙比大、含水量大、透水性差，孔隙中的水不易排出，在這類地基上修建工程主要問題是地基強度低，加荷后變形大，建筑物極易失穩。如果對軟基處理不當，不僅增加工程量，耗資過高，拖延工期，甚至可能會造成工程失敗，為保證工程結構安全，對建筑物基礎處理設計尤顯重要。

預應力混凝土管樁由于具有較強承載力、投資省、質量有保證、施工速度快等特點，目前在建筑業界已得到普遍應用，而大多水利工程多采用傳統的混凝土灌注樁進行軟基處理，通過預應力混凝土管樁在本工程中的實踐，可在類似工程中推廣應用。