高家強排站地基不均勻沉降分析與加固處理

郭永權

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

高家強排站地基不均勻沉降分析與加固處理

郭永權

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

高家強排站是大頂子山航電樞紐庫區堤防工程中的穿堤建筑物。大頂子山航電樞紐建成蓄水后，方臺鎮的部分村屯和上千畝田地將被被淹。高家強排站承擔著方臺鎮的部分村屯和農田的排水任務。文章根據高家強排站工程的勘察與設計實例，對高家強排站廠房地基產生不均勻沉陷的原因進行了分析，介紹了加固處理方案。

高家強排站;大頂子山航電樞紐;地基沉降;分析;加固處理

1 工程概況

高家強排站位于哈爾濱市呼蘭區腰堡方臺堤防樁號29+900附近，是大頂子山航電樞紐庫區堤防工程中的1座穿堤建筑物。大頂子山航電樞紐建成蓄水后，方臺鎮的部分村屯和上千畝田地將被被淹。高家強排站承擔著方臺鎮的部分村屯和農田的排水任務。

高家強排站建筑物等別為Ⅳ等，規模屬于小⑴型，由引渠、前池、廠房、壓力管道、出水池、海漫段等組成。設計流量為7.36 m3/s，安裝5臺700ZQB—70(132 kW)型潛水泵。

該工程于2006年5月開工，2007年7月完成土建工作。2008年5月泵站開始運行，2008年12月通過驗收，2010年9月移交建設單位。

2 地基沉降概況

2006年7月開始澆筑基礎底板混凝土，9月18日準備繼續施工時觀測發現基礎有沉降，沉降范圍在0.2～0.4 cm。2006年11月已完成廠房水泵層混凝土、擋土墻混凝土、出水池混凝土。

2006年11月對高家強排站廠房段進行了地質勘察，共布置鉆孔4個，孔深15 m。

2007年3月16日至5月4日，采用基礎灌漿及基礎周圍碎石振沖的方法進行基礎處理。2007年7月泵房主體全部完工，2008年5月泵站開始運行。

2007年4月18日觀測，沉降范圍在1.3～2.0 cm;2007年10月11日觀測，沉降范圍在1.4～2.3 cm;2007年7月廠房主體工程全部完工，2008年5月強排站開始運行，2008年5月18日及10月21日2次觀測，沉降范圍在1.41～2.32 cm;廠房主體平穩，無繼續沉降。

2009年4月，通過設計變更，將原電機層抬高至115.00 m，上下兩層板通過墻體新增構造柱連接，構造柱間距1.8 m，于2009年8月完成，另外室內相應的控制裝置也隨之抬高，邊排水邊施工。2010年9月工程移交管理單位。

2010年10月觀測廠房東側沉降20 cm左右，東側變壓器部位發生地面沉降;2010年12月，在上游堤肩稍下部位形成水沖洞，原因是4#、5#兩個輸水管線中的一條出現問題產生泄漏。2011年2月觀測廠房東西兩側高差為51 cm。

3 地質概況

強排站地處松花江左岸漫灘，地面標高為112 m左右，地形較平坦，地勢低洼。勘探深度范圍內，地層主要為第四系全新統沖積層(alQ4)，自上而下簡述如下:

1)粉砂:灰色，飽和，松散;局部分布，厚1.1 m，層底深度4.6～5.5 m。

2)淤泥質土:灰色，濕，軟塑－流塑;局部分布，厚度0.9～3.0 m，層底深度4.6～8.5 m。

3)粉砂:灰色，飽和，松散，分布連續。厚度0.9～4.7 m，層底深度9.3～9.5 m。

4)淤泥質土:灰色，濕，軟塑;分布連續。厚0.4～1.0 m，層底深度9.7～10.4 m。

5)粉砂:灰色，飽和，松散。分布連續。厚1.6～2.1 m，層底深度11.8～12.5 m。

6)中砂:灰色，飽和，中密;局部分布，未揭穿，揭露厚度1.6～3.5 m。

7)粗砂:灰色，飽和，中密。局部分布，未揭穿，揭露厚度1.3～2.7 m。

8)圓礫:灰色，飽和，中密，局部分布，揭露厚度0.9 m。

地下水類型為松散層孔隙潛水，勘探期間水位為111.87～112.25 m，埋深＜1 m，含水層巖性為砂性土，水位隨季節變化而變化，其年變化幅度為2.0～3.0 m，與松花江水聯系密切。

各層土的承載力特征值(fаk)見表1。

表1 各層土承載力特征值一覽表

4 不均勻沉降原因分析

4.1 地基土的差異性

根據地質勘察資料，設計建基面高程為106.9 m，基礎座于Ⅰ層粉砂和Ⅱ層淤泥質土及Ⅲ層粉砂中，地基中的Ⅱ層淤泥質土為軟弱層，承載力特征值為60 kPa，Ⅰ層粉砂和Ⅲ層粉砂雖巖性相同，但其承載力特征值亦不相同，分別為90 kPa和100 kPa。

地基各層土在平面上的分布也是不均勻的，廠房西側中心點處基礎座于Ⅰ層粉砂中，建基面以下厚0.84 m，其下為Ⅱ層淤泥質土，厚1.37 m，再下為Ⅲ層粉砂，厚1.45 m;廠房東側中心點處基礎座于Ⅰ層粉砂中，建基面以下厚0.49 m，其下為Ⅱ層淤泥質土，厚1.06 m，再下為Ⅲ層粉砂，厚2.38 m;廠房北側中心點處基礎直接座于Ⅲ層粉砂中，建基面以下厚3.95 m，未見Ⅰ層粉砂和Ⅱ層淤泥質土;廠房南側中心點處基礎座于Ⅰ層粉砂中，建基面以下厚0.27 m，其下為Ⅱ層淤泥質土，厚0.50 m，再下為Ⅲ層粉砂，厚3.12 m。

地基土主要為Ⅰ層粉砂和Ⅱ層淤泥質土及Ⅲ層粉砂，其承載力特征值相差較大，在平面上的分布極不均勻，因此，地基土力學性質的差異性和平面分布的不均勻性是產生不均勻沉降的內在因素。

4.2 地質勘察資料未得到足夠重視

強排站工程施工之前，未進行專門的地質勘察工作，為搶工期抓進度，工程匆忙上馬，強行施工，屬于典型的“邊勘察、邊設計、邊施工”三邊工程。2006年11月完成廠房水泵層混凝土、擋土墻混凝土、出水池混凝土澆筑施工后，發現有不均勻沉降，在廠房外圍補充進行了地質勘察工作。勘察報告主要結論為:廠房宜采用樁基礎，以粗砂層為樁端持力層;若采用天然淺基礎，Ⅱ層、Ⅳ層為淤泥質土承載力低且均勻性較差，容易產生不均勻沉陷。

不均勻沉降發生后，由于基礎混凝土已經澆筑完成，受場地條件等因素制約，對地基進行加固處理方案的選擇上受到一定的限制。當時對地基采用了擠密灌漿加固，并在廠房周圍采用振沖碎石樁加固的方案。從加固效果來看，未能達到預期的效果［1］。

4.3 加固處理方案的適宜性

加固處理采用擠密灌漿及周圍振沖碎石樁的施工方案，理論上粉細砂層和淤泥質土層的可灌性極差，不但灌漿效果難以保證，而且還容易對天然地基產生擾動和劈裂破壞，如果灌漿施工中工藝控制不好，反而會降低天然地基的強度。現在看來，在地基加固施工過程中，施工工藝控制較差，對天然地基產生了一定程度擾動和劈裂破壞［2］。

4.4 強排站排水運行產生的問題

2008年5月強排站開始排水運行，正常運行時，每天啟泵1臺4～5次，每次排水約1 h左右，冬季停泵，在第2年啟泵前，出現室外水位高于室內電機層板，導致電機控制柜等設備被淹沒等受損失較重。2009年4月，通過設計變更，將原電機層抬高至115.00 m，上下兩層板通過墻體新增構造柱連接，構造柱間距1.8 m，室內相應的控制裝置也隨之抬高，邊排水邊施工。2010年10月廠房東側變壓器部位發現地面沉降，2010年12月，4#、5#兩個輸水管線中的一條出現問題產生泄漏，在上游堤肩稍下部位形成水沖洞。

堤外江水位與堤內水位差約4.0 m，地基中的粉砂層在動水壓力作用下，產生了滲透變形破壞，其滲透變形破壞類型為流土［3］。

5 加固處理方案

國內外此類工程采取糾偏調平工程措施的實例較多，比較常用的是采用糾偏塔吊糾偏，然后進行擠密灌漿加固地基。最新的工程技術采用樁柱梁加千斤頂(或結合塔吊)糾偏，然后將灌注樁與調平的建筑物基礎掛接或焊接形成樁基礎。鑒于工程的實際情況，采用混凝土鋼管樁加反力架鋼梁的方案進行加固處理。

由于強排站廠房本身重量不大，因此采用廠房外設鋼筋混凝土反梁，梁兩端加鋼管樁承擔全部廠房重量。樁端進入粗砂層，不會因強排站工作運行而產生擾動。鋼管樁用油壓千斤頂施壓，樁壓力可控，樁入土深度亦可測，加固效果直觀可靠，鋼管內澆筑鋼筋混凝土，鋼管外壁刷防腐及防銹涂料，可保證其耐久性。

基礎底面(標高107.6 m)以下至中砂層頂(標高99.85 m)的距離為7.75 m，至粗砂層頂(標高98.55 m)的距離為9.05 m，存在軟弱的淤泥質土與粉砂，因此基礎采用以粗砂層為樁尖持力層的樁基方案。采用混凝土鋼管樁基礎，將廠房的全部房屋設備標準荷重(約8 447 kN)由16根樁(每根樁承載力特征值500 kN)承擔。樁尖持力層全部深入粗砂層0.5 m以上，從原電機層梁、板面(高程113.75 m)向下的樁長在14.7 m以上，施工壓樁的樁長(從113.75 m為向下計算基準面)的最小長度為14.7 m，再向下由施工時承壓千斤頂的壓力Quk=1 000 kN控制，可達到24.7 m，施工按24 m考慮，實際施工按壓樁力達到1 000 kN控制。

［1］王麗萍，李躍新.地基不均勻沉降的原因及防治［J］.科技信息:科學教研，2007(30):128.

［2］李哲，謝永利，白德容，嚴軍，李旭.大型建筑物不均勻沉降機理及處置策略－－濕陷性黃土地基環境［J］.自然災害學報，2003(04):171－174.

［3］何羽.地基不均勻沉降引起的病害及控制措施［J］.山西建筑，2011(07):77－78.

TU472

B

1007－7596(2014)07－0115－02

2014－01－08

郭永權(1963－)，男，黑龍江雙城人，高級工程師。