西岸泵站地基處理方案優選及應用

胡偉賢

摘要：綜合考慮佛山市南海區西岸泵站工程地質條件、上部結構特點、施工條件、環境保護和運行要求等因素，初選Ф400預應力砼管樁復合地基+鋼板樁截滲及Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲兩種地基處理方案。通過技術經濟分析和對比，最終確定Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲處理方案為本工程的地基處理方案。

Abstract： This paper comprehensively considers the engineering geological conditions， the upper structure characteristics， construction conditions， environmental protection and operation requirements and other factors of the pumping station of the west bank located in Nanhai District， Foshan City. Two kinds of ground treatment schemes of Ф400 prestressed concrete pipe pile composite foundation + steel sheet pile seepage and Ф500 cement mixing composite foundation + cement mixing pile seepage are selected. Through the technical and economic analysis and comparison， the treatment scheme of Ф500 cement mixing composite foundation + cement mixing pile seepage is eventually determined to be the ground treatment scheme of this project.

關鍵詞：泵站；復合地基；水泥攪拌法

Key words： pump station；composite foundation；cement mixing method

中圖分類號：TV553 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0131-03

0 引言

排澇泵站能夠有效提高河網的排澇能力，降低平原河網區的洪澇水位，減輕受災損失。作為城市防汛體系的重要組成部分，排澇泵站的建設得到各級政府的大力支持。實踐表明，大部分排澇泵站的破環或失事是由于地基缺陷或基礎設計不妥而造成的。因此在排澇泵站設計中，尤其要重視地基處理設計。綜合考慮佛山市南海區西岸泵站工程地質條件、上部結構特點、施工條件、環境保護和運行要求等因素，通過技術經濟分析和對比，擇優選擇滿足工程設計要求的地基處理方案。

1 工程概況

西岸泵站為中型泵站，按照10年一遇24h設計暴雨1天排完且最高控制內涌水位2.0m（珠基）排澇標準設計，設計流量20m3/s。泵站選裝5臺1200ZLQ-85型立式軸流泵，配用5臺YL-560-12（TH）型立式異步電動機，設計揚程工況下單泵裝機流量4.16m3/s，總裝機流量20.8m3/s，單泵裝機容量為400kW，總裝機容量為2000kW。工程永久性主要建筑物為3級，永久性次要建筑物為4級。工程所在地抗震設防烈度為7度。泵站建筑物按進出水口方向順序布置為：內引涌、內涌清污閘、內涌進水池、泵房、外江出水涵洞、外江防洪閘、外江護坦、外江護底及防沖槽。工程建基面位于松軟地基上，需采取地基加固措施。

2 工程地質

經鉆孔揭露，場地地基由人工填土（QS）和第四系河流相沖積層（Qal）組成，未揭露至風化基巖。在鉆探深度范圍內，自上而下共分4層，分述如下：

①筑填土：層厚3.60～9.50m。土層呈土黃、灰黃等色，很濕～飽和，以粉土或粉質粘土混少量砂粒等回填為主，粘性弱，稍壓實。主要物理力學指標平均值為：天然含水率Wo=25.2%，天然密度ρo=1.93g/cm3，壓縮模量Es=4.91MPa，直接快剪試驗：凝聚力C=24.5kPa、摩擦角Ф=12.4°。承載力特征值fak=241kPa。

②淤泥質土，局部軟塑狀粉質粘土：厚度0.60～6.20m。土層呈深灰色，飽和，流塑，多含砂，夾粉砂薄層，局部為軟塑狀粉質粘土。主要物理力學指標平均值為：天然含水率Wo=42.6%，天然密度ρo=1.74g/cm3，壓縮模量Es=3.16MPa，直接快剪試驗：凝聚力C=7.6kPa、摩擦角Ф=4.3°，慢剪試驗：凝聚力C=30.7kPa、摩擦角Ф=17.7°。承載力特征值fak=60kPa。

③粉細砂：厚度2.80～21.50m。呈深灰色、灰色，飽和，稍密～中密，級配不良，顆粒均一。多含淤泥質，局部夾淤泥質土薄層。主要物理力學指標平均值為：天然含水率Wo=25.7%，天然密度ρo=1.91g/cm3，壓縮模量Es=13.49MPa，直接快剪試驗凝聚力C=9.4kPa、摩擦角Ф=28.0°。承載力特征值fak=125kPa。當發生地震烈度7度時，第③層粉細砂可能會產生輕微的液化。

④中砂：揭露厚度3.70～22.00m。呈深灰色、灰色，飽和，中密為主。級配不良，偶含細礫。多含淤泥質或夾淤泥質土薄層。主要物理力學指標平均值為：天然含水率Wo=19.1%，天然密度ρo=1.96g/cm3，壓縮模量Es=9.09MPa，直接快剪試驗凝聚力C=7.2kPa、摩擦角Ф=32.1°。承載力特征值fak=150kPa。

3 地基的使用要求及驗算

地基應滿足承載能力、穩定和變形要求。主要包括：①泵站地基滿足滲透穩定要求；②泵站各建筑物地基承載力滿足要求；③主要建筑物（泵房、出水涵洞、外江防洪閘）滿足地基允許沉降量及沉降差要求；④主要建筑物抗震要求。

3.1 地基滲透穩定驗算

規范[1-2]要求滲徑中水平段和出口段的滲流坡降滿足允許滲流坡降值要求。采用改進阻力系數法進行滲流計算，出口段滲流坡降0.175～0.295，小于規范[1]要求的0.30；水平段滲流坡降0.049～0.083，某些工況下不滿足規范[1]要求的0.07，需對地基防滲處理。

3.2 地基承載力驗算

規范要求[1-2]建筑物基礎底面平均基底應力不應大于地基允許承載力，最大基底應力不應大于地基允許承載力的1.2倍。按規范[1-3]公式對各建筑物基礎底面應力進行計算，結果見表1。出水涵洞及外江防洪閘地基承載力不滿足要求，需作工程處理。

3.3 地基變形要求

參考規范[1，4]對地基變形允許值要求，工程主要建筑物允許沉降量不大于100mm，允許沉降差不大于30mm。

3.4 抗震要求

規范[2]要求對有可能發生液化的土層進行處理。泵房建基面位于第③層粉細砂層，需采取措施。

4 地基處理設計

4.1 地基處理方案初選

工程地基處理設計需解決出水涵洞及外江防洪閘地基承載力不足、截滲及防止地基液化的問題。土質地基常用的處理方法有換填墊層法、強力夯實法、振沖法、水泥土攪拌法、樁基礎、沉井基礎等。出水涵洞及外江防洪閘建基面下方有2.5m～4m的淤泥質土層，換填墊層法、強力夯實法、振沖法對于此種地基的處理不適用，沉井基礎造價過高。常用的樁基礎有預應力砼管樁及鉆孔樁。鉆孔樁與預應力砼管樁相比，造價較貴，施工周期較長，樁身質量不易保證，且有泥漿排出污染環境，因此初擬Ф400預應力砼管樁復合地基+鋼板樁截滲及Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲兩種地基處理方案進行比較。

4.2 地基處理方案比選

Ф400預應力砼管樁復合地基+鋼板樁截滲方案利用管樁加固出水涵洞及外江防洪閘地基，提高承載力，鋼板樁截滲及對泵房地基圍封加固處理。Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲方案利用水泥攪拌樁加固出水涵洞及外江防洪閘地基，提高承載力，密排水泥攪拌樁截滲及對泵房地基圍封加固處理。兩種方案的技術比較見表2，經濟比較見表3。在工期允許情況下，綜合考慮施工條件、對環境影響及工程造價等因素，認為Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲處理方案較適用于本工程。

4.3 地基處理設計

工程地基處理方案選用Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲。攪拌樁一般采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀四種布樁形式。根據工程地質條件及上部結構荷載要求，加固地基用攪拌樁，出水涵洞1、出水涵洞2、外江防洪閘采用柱狀布置，出水涵洞3采用壁狀布置。設計樁長均為9m，出水涵洞1樁間距1250mm×1250mm，出水涵洞2樁間距1000mm×1000mm，出水涵洞3樁間距1000mm×500mm，外江防洪閘樁間距800mm×800mm。截滲及圍封用攪拌樁采用雙排壁狀布置，樁間距400mm，在外江防洪閘與出水涵洞、出水涵洞與出水涵洞間共布設3道水泥攪拌樁截滲墻，設計樁長9m，在泵房地基四周設1道水泥攪拌樁圍封，設計樁長7m。

4.4 地基承載力及變形復核

對采取上述方案加固處理的地基進行承載力及變形的復核計算。

4.4.1 單樁承載力特征值計算

單樁承載力特征值按規范[5]公式計算，取樁周土和樁端土抗力提供的單樁承載力和樁身材料強度確定的單樁承載力中的小值，為65kN。

4.4.2 攪拌樁復合地基承載力復核

按規范[5]公式計算水泥攪拌樁地基處理方案的復合地基承載力，計算結果見表4。

4.4.3 攪拌樁復合地基變形復核

按規范[5]公式計算水泥攪拌樁地基處理方案的地基變形，計算結果見表5。

綜上，經處理后的地基滿足工程要求。

5 結語

Ф400預應力砼管樁復合地基+鋼板樁截滲方案及Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲方案對本工程的地基處理均有較強的適用性，均能很好解決工程地基處理設計中地基承載力不足、截滲及防止地基液化的問題。

工程在工期允許情況下，優選在工程造價、維持地基整體性、減少對附近居民影響等方面有明顯優勢的Ф500水泥攪拌樁復合地基+水泥攪拌樁截滲方案。從價值工程角度，該方案在中小型水利工程中有廣泛的應用價值。

參考文獻：

[1]SL265-2001，水閘設計規范[S].

[2]GB/50265-2010，泵站設計規范[S].

[3]GB/50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[4]GB/50108-2008，地下工程防水技術規范[S].

[5]JGJ79-2012，建筑地基處理技術規范[S].