某新建提水壓泵站濕陷性地基處理方案比選研究

唐 宏，李 華

(1.江西省大余縣水庫工程管理局，江西 大余 341500；2.江西省大余縣水利局，江西 大余 341500）

1 工程概況

某城鄉供水工程主要任務是以城鄉生活用水、工業供水為主，兼顧農業灌溉和生態環境改善用水的綜合性供配水工程，年供水量3.15 億m3，工程總干渠渠首設計流量為20 m3/s，為Ⅱ等大（2）型工程［1]。根據工程區氣候特點及用水戶的需水特性，供水工程每年總干及干渠停水檢修期確定為每年9月1 日～9月31 日一個月的檢修期。作為重要是受水區之一，工程受水區水資源可利用量十分有限，當地已有調蓄工程調蓄能力有限，無法解決供水工程停水檢修期用水問題，故新建調蓄水池和水廠承擔供水工程停水檢修期間的受水區供水任務，形成無縫對接，實現本受水區全時段正常供水，使骨干工程效益完全發揮。由于調蓄水池處壓力水頭不滿足水廠運行要求，在調蓄水池處設提水泵站一座，工程區（調蓄水池、水廠及提水泵站）地基以下分布自重濕陷性黃土狀粉土層，層厚3 m～11 m 不等，濕陷級別為I～III 級（輕微～嚴重），本文以某新建提水泵站為例進行地基處理，在地形地質條件及工程地質問題分析的基礎上，提出了水廠地基處理的不同方案進行比選，最終選擇了適合該提水泵站及工程區其他建筑物地基處理的工程措施和處理方法。

2 工程地質條件及評價

某新建提水泵站位于位于本次新建的調蓄水池東側Ⅱ級階地前緣岸坎上，廠區長25 m，寬15 m。泵站由吸水管、主副廠房及壓力管道等組成，設計總揚程32 m。岸坎呈“U”字型，西、南、東三側緊鄰五方河溝道左岸岸坎，岸坎高16.7 m～18.95 m，北側為Ⅱ級階平坦階面。根據現場勘查，泵站所在位置的土層主要有4 層，第①層為沖洪積粉質壤土，主要分布在表層，厚3.0 m，土黃色，土質較均一，結構較疏松，蟲孔及大孔隙發育，含植物根系及少量的礫石，具有強濕陷性，屬中壓縮性土層；第②層為馬蘭黃土，主要分布在中部，層厚9.0 m，層底埋深12 m，黃褐色～灰褐色，結構稍密～中密，土質較均一，具有中等～輕微濕陷性，其10 m 以下基本無濕濕陷性；第③層為黃土狀土，主要分布在下部，其厚度5.0 m，層底埋深17.0 m，黑灰色、青色、黃褐色等雜色，具水平層理，多夾有雜色粘土條帶，結構較密實，具有輕微濕陷性，屬中壓縮性土層；第④層為新近系（N1)中厚層磚紅色粉砂質泥巖，提水泵站站址區各巖土層主要物理力學指標建議值見表1。

表1 提水泵站站址區各巖土層主要物理力學指標建議值

提水泵站地基均為Q41al+pl 粉質壤土，其上部3 m～12 m（以現狀地面為準）具有強烈～中等～輕微濕陷性，地基濕陷性為泵站的主要工程地質問題，濕陷性土層空間分布極不均勻，總體來看，濕陷性自上而下逐漸由強烈過渡至中等再至輕微，但平面位置不同其濕陷性差異較大。除受地層巖性、深度因素影響外，不同位置土體含水率差異較大也是造成土層濕陷性差異較大的重要因素，同時，土體含水率變化除影響土層濕陷性外，對土層物理力學性質也有一定影響，影響地基處理施工，應予重視。

3 地基處理措施

泵站站址大部分地段屬非自重濕陷性場地，部分地段屬自重濕陷性場地；大部分地段地基濕陷等級為Ⅱ級（中等），部分地段地基濕陷等級為III 級（嚴重）。濕陷性場地濕陷性土層深度9 m，根據《濕陷性黃土地區建筑標準》（GB 50025-2018）中地基處理規定及方法，濕陷性地基處理的措施有浸水法、強夯法、墊層法和素土擠密樁法4 種［1，2]，考慮到工程區地處干旱區，水量水資源不足，浸水法需要大量的水，所以不適應；強夯法施工簡單、快捷，是處理濕陷性黃土層地基常用的方法之一，但考慮到工程區距離村莊較近，強夯法施工期震動力大，一方面會影響居民的正常生活和休息，強震動也會導致泵站附近村民房屋、院落地坪開裂，影響建筑物結構安全，在果樹開花結果季節施工還可能導致花苞及果食震落，影響農產品產量，以及工程區（調蓄水池、水廠及提水泵站）地基處理施工工期長，故不建議采用強夯法進行地基處理。充分考慮工程區地基特性、建筑物設計、施工條件、施工工期，以及類似黃土地區同類基礎處理經驗，地基處理方案考慮采用墊層法、素土擠密樁法兩種方案進行技術經濟比選，兩種方案技術成熟，均能達到設計要求，施工條件和施工工期相近。兩種方案具體措施及投資如下［3，4]：

方案一：墊層法

該方案對提水泵站地基采用墊層法處理，具體為：對泵站地基清除表層0.5 m～1.0 m 的耕作層，基礎墊層以下采用500 mm 厚10%水泥土換填，水泥土以下為3500 mm 厚素土換填，每側寬出基礎不小于2.0 m。換填時應分層碾壓夯實，壓實系數不得小于0.97，處理后的地基承載力不小于150 kPa。基礎埋深-2.4 m，基礎墊層為100 mm 厚C15 混凝土。提水泵房墊層法處理深度4.0 m，為濕陷性土層厚度的2/3，剩余濕陷量為13.0 mm，地基處理滿足《濕陷性黃土地區建筑標準》中“6.1.2”關于乙類建筑的相關規定“自重濕陷黃土場地，處理深度不應小于基底下濕陷性土層的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于150 mm”。

方案二：素土擠密樁法

該方案對水廠地基采用素土擠密樁處理，樁長穿透非濕陷性黃土層不小于1 m。按照有關規范要求，結合類似工程經驗［3]，取素土擠密樁樁徑400 mm，樁間距1.0 m，梅花形布置，樁長7.0 m，樁體的夯實質量宜用平均壓實系數控制。當樁孔內用素土分層回填、分層夯實時，填料的平均壓實系數不應小于0.97。樁頂標高以上需設置10%水泥土墊層500 mm，壓實系數不應小于0.97。

對以上兩種方案進行經濟比較，對兩種方案相同工程量的部位，其投資可不列入比較。

經分析計算，墊層法地基處理概算為48.65 萬元；素土擠密樁法基礎處理概算為67.75 萬元。墊層法較素土擠密樁法投資低19.10 萬元。兩種方案投資分析見表2。

表2 提水泵房地基處理方案綜合比較表

綜合比較，墊層法和素土擠密樁法兩種方案均能達到設計要求，方案一墊層法投資較低，方案二素土擠密樁法投資較高，本次地基處理推薦采用墊層法。

對提水泵站廠坪地基采用原土翻夯法處理，具體為：除泵房建筑物基礎開挖處理部分，對廠坪基礎采用原土翻夯處理，處理深度0.5 m，其上鋪設300 mm 厚10%水泥土墊層。要求壓實系數不得小于0.97。

4 結論及建議

新建提水泵站地基層為濕陷性黃土，基礎承載力不滿足要求，在設計施工按時需進行地基處理，濕陷性黃土地基處理方法較多，方法選擇上必須根據工程區地質條件、地質資料和參數、建筑物特征對地基的要求，綜合考慮工期、施工質量、施工對周圍建筑物和環境、工程造價等影響等因素，選擇技術可行經濟合理的處理方法。本次新建提水泵站濕陷性黃土地基處理采納了墊層法，簡單實用，效果顯著，工程于2019年4月完工，在城鄉供水工程檢修期期間，很好地保證了受水區的水量和水質，保障了受水區人們的生活和生產。