沉井取水泵站基礎處理方案優選

辛素琴

（安徽省蕪湖市水務局規劃技術室，安徽蕪湖 241000）

1 工程概況

沉井取水泵站位于蕪湖市西南部三山區，距市中心約12 km，東依漳河，與弋江區、南陵縣為鄰，南、西與繁昌縣接壤，距繁昌約15 km；北瀕長江與無為縣隔江相望。根據規劃，新建項目需新建一座取水泵站，以滿足建設單位對生產用水要求，取水泵站取水流量為1 800 m3/h，水壓至廠區地面時不低于0.40 MPa。取水泵站需裝設4臺臥式離心泵，總裝機容量為880 kW，設計流量為2 031 m3/h，兩臺SN300-N9-445離心泵，單機容量為160 kW，兩臺SN350-M9-453離心泵，單機容量為280 kW。

站身位于繁昌江堤右岸（樁號8+210）堤內堤腳上，工程分期實施，一期工程安裝三臺水泵，兩臺SN300-N9-445離心泵，一臺SN350-M9-453離心泵；二期工程補裝一臺SN350-M9-453離心泵。站身布置形式為合建式堤后泵站，樞紐建筑物主要由取水頭部、自流管、防洪控制閘、前池、主廠房、副廠房等組成。取水泵站屬Ⅲ等泵站，其主要建筑物站身等級為3級。泵房長度為21.6 m，寬為17.5 m，主廠房底板頂高程-1.6 m。

2 工程地質

工程區地勢平緩，依勘探孔孔口高程計，場地高程一般在7.05～7.36 m之間，高差約0.31 m，擬建場地屬長江沖淤積形成一級階地地貌單元。

揭露的土層有：耕填土、淤泥質粉質黏土、粉土夾粉砂、粉細砂、強風化砂巖、中風化砂巖。沉井平面圖如圖1所示。

圖1 沉井平面圖（單位：m）

各巖土層的征及其分布自上而下分述如下：

①層耕填土：層厚為0.90～2.20 m。

③層淤泥質粉質黏土：層厚13.1～14.5 m；層頂標高一般為4.85～6.38 m，高差約1.53 m，承載力特征值65 kPa。

④層粉土夾粉砂：層厚為6.1～7.1 m；層頂的標高一般為-8.2～-7.88 m，高差約0.37 m，承載力特征值140 kPa。

⑧層粉細砂：揭露層厚為25.6～31.8 m；層頂標高一般為-15.24～-14.35 m，高差約0.19 m，承載力特征值200 kPa。

⑨層強風化砂巖：層厚為1.1～2.0 m；層頂的標高一般為-46.15～-45.94 m，高差約0.21 m，承載力特征值320 kPa。

⑩層中風化砂巖：層頂標高一般為-48.15～-47.04 m，高差約1.11 m，未揭穿，承載力特征值2 000 kPa。

3 泵房構筑物結構類型的選擇

為密切結合工程實際，應實施合適、可靠、經濟的施工方案，結合各施工方案特點，初步分析可以有以下三種施工方案：

方案一：采用基坑開挖、澆注混凝土、土方回填的施工方案，開挖邊坡為1∶2，采用土方分層開挖，自上而下全斷面一次挖完，在距地面3 m深處設置一個臺階，臺階寬度為3 m，該方案土方工程量大、工期長，會影響堤防安全性。

方案二：采用混凝土灌注樁基坑支護、土方開挖、澆注混凝土、土方回填的施工方案，該方案土方開挖量小，但由于混凝土灌注樁需要達到強度后，才可進行下道工序的施工，工期較長。

方案三：采用沉井結構方案，沉井結構方案工期短、開挖量小，不影響堤防安全。

綜合考慮以上三種施工方案的優缺點，前池、泵房、防洪控制閘采用沉井結構方案。

4 沉井泵房基礎處理方案選擇

根據泵站方案設計，泵房的建基面高程為-4.10 m，防洪控制閘的建基面為-4.70 m，均坐落在③層淤泥質粉質黏土層。經計算，泵房和防洪控制閘完建期的壓應力最大，泵房最大應力為188.7 kPa，平均壓應力為163.9 kPa，防洪控制閘最大應力為232.77 kPa，平均壓應力為224.44 kPa，平均基底應力均大于持力層③層淤泥質粉質黏土層與④層粉土夾粉砂土層天然地基承載能力。因此，地基需進行深加固處理，以提高承載力，降低沉降量。

4.1 樁型選擇

根據本工程的地質條件、施工環境，樁基礎可供選擇的樁型主要考慮鋼筋混凝土灌注樁、鋼筋混凝土管樁、預制混凝土方樁等三種結構形式。

（1）鋼筋混凝土鉆孔灌注樁：優點為灌注樁具有施工簡單、噪聲小、承載力高、適應各類地質條件等。主要工序的施工過程均在水下、地下進行，不便監視。影響正常施工進度與施工質量的因素較多，難以全部預見，如樁身縮徑、夾泥、斷樁、沉渣過厚等各種形態的質量缺陷。

（2）鋼筋混凝土管樁：優點為單樁承載力高、設計選用范圍廣、運輸吊裝方便、接樁快捷、施工速度快、工效高、接樁快捷、成樁質量可靠等。缺點為柴油錘工作時振動劇烈、噪聲大，孤石與障礙物多的地層不宜應用。

（3）預制鋼筋混凝土方樁：優點為在工廠或施工現場預制長度和截面可在一定范圍內根據需要選擇，制作質量較易保證，承載力高、耐久性好。具有自重較大、用鋼量較大、施工時振動劇烈、噪聲大等缺點。

考慮本工程若采用預制樁，工作時振動劇烈、噪聲大，預制樁樁長不易控制，且沉樁過程中產生的擠土效應，對樁基質量、堤防等均會產生不良影響，經綜合考慮，樁基礎采用鉆孔灌注樁，以⑧層土層為持力層，樁底進入持力層2倍樁徑以上。

4.2 沉井和打樁施工方案的選擇

沉井和打樁施工方案一般有“先打樁、后沉井”與“先沉井、后打樁”兩種。

方案一：先打樁、后沉井。即先進行灌注樁的施工，再進行沉井施工。

優點：（1）施工工作面平坦，利于施工平面布置，樁基施工和沉井施工相互不干擾，施工便利，可縮短工期；（2）在基礎處理提高土體的承載力和密實度后進行沉井施工，可防止發生質量、安全事故，如沉井下沉時帶動周邊地面下沉，導致鄰近建筑物、設施等沉降開裂；如沉井在軟土層發生突沉，沉井發生嚴重傾斜，引起井壁、框架等結構破壞和施工人員傷亡。

缺點：（1）由于樁基礎在沉井制作前先行打設，沉井下沉過程中，沉井外圍一定范圍以及深度的土體，將從刃腳底部涌入，井內、隔墻下方土體受擠壓向井格內水平移動，使已打設的樁體發生水平位移、傾斜，在沉井刃腳處會發生斷樁現象；（2）工程措施費較高。

方案二：先沉井、后打樁。即先進行沉井施工，再進行灌注樁的施工。

優點：（1）對樁基的擾動影響較小；（2）工程措施費相對較低。

缺點：（1）軟基上進行沉井下沉，可能發生突沉，導致質量安全事故；（2）施工條件受限制，不便樁基施工；（3）樁基設備運行的振動等，可能使已下沉就位的沉井結構，發生沉降、位移或傾斜。

4.3 施工方案的確定

綜合考慮施工方案的優、缺點、工程實際，本工程采用先打樁后沉井的施工方案，該方案的缺點可通過采取其他的工程措施給予防范。

4.4 地基處理方案設計要點

（1）采用高壓噴射注漿方法。

在樁打設完成后沉井制作前，在沉井底部范圍一定深度內采用高壓噴射注漿方法，對土層進行加固處理，以加強樁間土的強度，提高樁體的抗側移能力、抗水平荷載能力，增加地基的水平抗力系數，降低灌注樁發生樁頂水平位移的可能性，防止斷樁情況發生，增強土體的防滲性能。

（2）沉井采用不排水下沉施工方案。

利用水壓力抵消沉井下沉到設計高程時，產生的涌土土體對樁的水平推力，防止刃腳周圍出現斷樁現象。根據井壁形式及沉井平面形狀大小，采取單獨沉井，分2次制作、1次下沉。施工程序：施工前準備→測量放線→基坑開挖（基坑排水）→鋪設墊層、安裝墊架→制作底節、第二節沉井及隔墻→拆除墊架、拆除模板→井內灌水→水中抓土下沉到設計深度→水下沉井封底、澆筑鋼筋混凝土底板→制作第三節沉井。

5 地基處理效果

施工完成后，經過勘驗和沉降觀測，未發生斷樁現象，泵房沉降量滿足規范要求。該沉井泵房2011年汛前竣工運行，至今已有8年，經受了2015年長江大水的考驗，運行情況良好，取得了良好的社會、經濟效益。

6 結語

軟弱地基上沉井泵房地基處理方案，應根據各方案的優、缺點，保證沉井本身的質量和安全，考慮施工時可能發生的問題，綜合考慮工程實際情況確定。沉井施工方案應根據地基處理方案確定，保證沉井施工的順利進行。