PHC管樁在泵站基礎補強加固設計中的應用

董訓山

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司,新疆 石河子 832000）

1 概況

某排澇泵站位于安徽省馬鞍山市，總裝機2130 kW，總排澇面積40.48 km2，為中型泵站。泵站選用6 臺1400 ZLB5-5型立式軸流泵，單機設計流量5 m3/s，單機配套軸功率355 kW，設計總流量30.0 m3/s。泵站采用堤后式濕式型結構泵房，壓力箱涵穿堤防排入湖中。

工程開工于2017 年2 月，隨著工程建設的進展，到2017 年4 月，泵站已完成了廠房、壓力水箱基礎的開挖、及基礎處理，泵站基礎采用粉噴樁對地基進行加固處理，粉噴樁設計樁底高程進入粘土持力層深度不小于0.5 m，樁長一般在8 m～15 m，樁身直徑為0.5 m，樁間排距為1.0 m，梅花形布置。

因現(xiàn)狀堤防填筑質量差、堤防基礎多為淤泥土地層，淤泥土基礎液化致使泵站段堤防發(fā)生滑塌。堤防滑坍體呈垂直剪切面下沉，高差約5 m。滑坍體使壓力水箱基礎向泵室段發(fā)生推移，導致壓力水箱、泵室底板粉噴樁被擠壓隆起，造成泵站已完成的樁基傾斜、斷裂，樁基強度降低，不能滿足泵站基礎的要求。同時隨著氣溫逐漸升高，汛期即將來臨，如若不能及時完成地基處理，將對后期防洪度汛造成極大的隱患，因此對滑坡后泵站基礎處理加固迫在眉睫。

2 工程地質條件

泵站地基土自上而下為：

位于堤身上部，主要以粘性土為主，其內不均勻混雜礫石，含量小于5%；堤身中下部，局部含少量植物根系，以粉質粘土為主，夾雜粘土及重粉質壤土；堤身底部為淤泥質粘土，飽和狀態(tài)下呈軟塑狀，分布深度在原地面以上，填土底部，厚度0.5 m～1.3 m左右，為灰黑色夾雜褐黃色。

該層以高液限粘土為主，局部為低液限粘土。該層天然 密 度 1.53 g/cm3～1.71 g/cm3， 均 值 1.59 g/cm3， 天 然 含 水 量50.5%～79.8%，均值61.3%，比重2.58～2.74，干密度1.01 g/cm3～1.14 g/cm3，均值 1.06g/cm3，孔隙比 1.41～1.68，均值 1.56，壓縮模量1.3～3.1，屬高壓縮性土，在200 kPa壓力下固結系數（CV）0.15 cm2/s～0.95 cm2/s。飽和狀態(tài)下內摩擦角1.3°～3.4°，均值 2.4，粘聚力 5.9 kPa～8.7 kPa，均值 7.3。該層承載力40kPa。

該層顆粒由砂粒、粉粒、粘粒組成，主要為粉質粘土，局部為重粉質壤土中粉質壤土。該層天然密度1.89 g/cm3～1.99 g/cm3，均值1.95g/cm3，天然含水量19.9%～28.6%，均值24.1%，比重 2.71～2.75，干密度 1.47 g/cm3～1.66g/cm3，均值1.58 g/cm3，孔隙比 0.70～0.86，均值0.76，壓縮模量4.2～12.6，多屬于中等壓縮性土。飽和狀態(tài)下內摩擦角5.2°～17.4°，均值11.1°，粘聚力13 kPa～59.8 kPa，均值32 kPa。該層承載力150 kPa。

該層顆粒組成：砂粒、粉粒、粘粒，主要為粉質粘土，局部為粘土、重粉質壤土。該層天然密度1.96 g/cm3～2.00 g/cm3，均值1.98 g/cm3，天然含水量26.2%～28.2%，均值26.9%，比重 2.75，干密度 1.54 g/cm3～1.58 g/cm3，均值 1.56 g/cm3，孔隙比0.56～0.79，均值0.70，壓縮模量5.8～15.8，屬于中等壓縮性土。飽和狀態(tài)下內摩擦角9.9°～12.8°，均值12°，粘聚力47.2 kPa～55.6 kPa，均值52 kPa。承載力標值180 kPa。

因泵站基礎第①層已挖除，現(xiàn)將②～④層各土層指標建議值列至表1。

表1 各土層指標建議值表

3 基礎補強設計控制參數

泵房底板建基面位于②層第四系全新統(tǒng)淤泥質粉質粘土層。根據地質資料，原地基不滿足設計承載力要求，泵站基礎采用水泥粉噴樁處理，粉噴樁與原地基土形成復合地基，經過計算，各部位復合地基承載力要求值為泵站站身段為160 kPa，壓力水箱段為140 kPa，粉噴樁施工完畢后，經過第三方檢測，承載力均滿足設計要求。

滑坡發(fā)生后，滑坡體對復合地基造成了破壞，為查明現(xiàn)狀地基承載力，第三方檢測中心選擇了10 個測點對復合地基進行了檢測，檢測結果統(tǒng)計見表2。

表2 復合地基靜載試驗結果匯總表

由表2可知，滑坡后復核地基承載力均小于泵站基礎設計要求，需進行補強加固。

4 基礎補強加固方案

對于破壞后的復合地基基礎，若繼續(xù)采用粉噴樁處理，原地基存在的斷樁、斜樁將會干擾粉噴樁的下沉和提升，使樁基無法達到原有持力層，樁長得不到保證，施工難度大，且內外河汛期即將來臨，工期緊張，粉噴樁檢測時間較長，影響進度。因此采用粉噴樁加固地基不合適，本次補強加固處理考慮工程實際情況，采用PHC管樁對破壞處進行加固補強。

PHC管樁型號為PHC400(AB)(95)，持力層選擇第④層粉質粘土（），深入④層不少于1 m。樁徑為0.4 m。樁體單樁豎向極限承載力可按《預應力混凝土管樁》（10G409）及所列如下公式計算[1]：

式中：Qu為單樁豎向承載力標準值；Ap為樁底端橫截面的面積；qsik為極限側阻力；qpk為極限端阻力；li為土層厚度；Ra為單樁承載力特征值；K為安全系數，取2。

計算單元以泵站站身段施工縫為界，選取順水流側右側部分為計算單元。計算結果及各插參數選取見表3。

表3 承載力標準值及特征值計算表

經計算：站身段PHC管樁單樁豎向極限承載力Qu=649.43 kN，單樁豎向承載力特征值Ra=Qu/ 2=324.7 kN。

根據目前地基靜載試驗結果，檢測點共計10點，現(xiàn)狀地基承載力取各檢測點的平均值，為107.8kN，作為現(xiàn)狀樁間土地基承載力，原地基與管樁共同形成復合地基。各部位樁底高程一致，復合地基承載力計算按《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ 79-2012）所列如下公式計算[2]：

式中：fspk為復合地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為樁的截面積，m2；β為樁間土發(fā)揮系數，考慮現(xiàn)狀地基經過加固，取0.8；fsk為處理后樁間土承載力特征值，宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值，取現(xiàn)狀地基檢測值，kPa。

計算結果見表4。

表4 計算成果表

根據基礎補強加固處理范圍，由進水閘至壓力水箱后半段整體采用管樁處理，兩側處理至基礎底板外邊線處，壓力水箱至防洪閘段堤防開挖后仍采用粉噴樁處理。根據計算結果，確定站身段PHC管樁樁間距為2.0 m，壓力水箱后半段管樁樁間距為2.5 m。若遇到基礎堅硬物體，樁位也可根據現(xiàn)場樁距適當調整。基礎補強加固總樁數為366 根，樁身長度為14 m～18 m，原地基與管樁形成復合地基，樁頂上部設55 cm塑性混凝土墊層+5 cmC15 混凝土墊層，施工過程中，通過試樁最終確定管樁施工方案。

圖1 基礎補強加固縱剖面圖

5 結語

經過兩年運行檢驗，加固補強段的累計沉降量為13 mm～14 mm,沉降量較小，滿足了設計和施工要求。

PHC管樁在建筑地基中廣泛使用，單位承載力造價低，工廠化生產，成樁質量可控性強，質量檢測方便，能適應復雜的地質條件，在當地水利工程中運用不多，鑒于本工程的特殊性，對破壞后的泵站基礎采用管樁加固處理，施工速度快，工藝簡單，工期短，施工完畢即可檢測質量，不影響施工進度。

當然，PHC管樁在水利工程中的應用，也需要注意以下幾個方面：（1）管樁質量要嚴格要求，樁身自身的質量好壞直接影響到復核地基基礎的承載力。（2）由于水利工程的特殊性，在工期不要求的情況下，可以有選擇性的進行評估。（3）項目如果在前期設計階段中，若選用管樁處理基礎，需考慮管樁的檢測費用及當地機械進退場的費用。

綜上，采用PHC管樁對滑坡后地基基礎的加固補強滿足了設計要求，管樁、原粉噴樁、原土基共同組成復合地基，可作為同類工程借鑒。