泵站更新改造工程泵房基礎處理設計探析

李保軒

(廣東中灝勘察設計咨詢有限公司，廣東 肇慶 526000)

新的發展環境下，社會發展對于水利資源的開發利用提出了越發嚴格的要求，也帶動了水利工程的建設和發展。當前，我國很多泵站在運行中都出現了排澇能力不足、構筑物老化嚴重，安全隱患眾多，需要對其進行必要的更新改造，通過拆除重建的方式來提升泵站的整體性能，確保其能夠很好的滿足社會發展要求。

1 工程概況

棉湖貢山泵站位于揭西縣棉湖聯圍內，棉湖聯圍的排澇任務由棉湖、貢山兩座泵站共同擔負，棉湖泵站位上圍，于2003年建成投產，貢山泵站位于下圍，下圍集雨面積25.5 km2，保護人口10.5萬人，耕地面積1.76萬畝，圍內工農業總產值達8.65億元。貢山泵站興建于1976年，擔負貢山圍26.39 km2集雨面積的排澇任務。貢山泵站原設計排澇標準為10 a一遇24小時暴雨3天排干，排澇流量為26.8 m3/s，裝機15臺，總裝機容量為1950 kW。泵房結構為堤后式濕室型，采用軸流立式機組，喇叭口進水，出水流道為單機單根混凝土壓力管，拍門斷流。

工程建成投產運行至今已有38年，原設計排澇標準偏低，排澇能力不足,且該站水工建筑物、機電設備、金屬結構及設備均存在嚴重的安全隱患，危及安全運行，土建結構及主要機電設備均已達到或超過合理使用壽命,根據《廣東省揭西縣棉湖鎮棉湖貢山泵站工程安全鑒定報告》(2009年5月)，評定貢山泵站、貢山自排閘和貢山節制閘為四類泵站和水閘，存在嚴重的安全隱患，應拆除重建[1]。

2 水文地質條件

2.1 水文條件

榕江南河揭西縣境內現設有富口、河婆及東橋園水文站。貢山圍內無水文測站，貢山泵站上游3.6 km處有東橋園水文站，該站位于榕江南河的中下游，臨近榕江南北河交匯處，是榕江南河的控制性水文站。東橋園水文站屬于國家基本站點，建站時間較早，水文資料系列較長，洪水資料完整可靠，故本次設計以東橋園水文站作為參證站。

2.2 地質條件

貢山泵站及自排閘工程區布置了17個鉆孔，勘探最大揭露深度為28.30 m，揭露地層主要為第四系人工填筑(Q4s)成因的填土，海積沖積(Q4al+m)成因的淤泥質土、沖積(Q4al)成因的粉質黏土、淤泥質粉砂、中粗砂、礫砂、卵礫石和下部基巖(燕山期花崗巖)。貢山節制閘工程區布置了5個鉆孔，勘探最大揭露深度為23.90 m，揭露地層主要為第四系人工填筑(Q4s)成因的填土，海積沖積(Q4al+m)成因的淤泥質土及沖積(Q4al)成因的粉質粘土、中粗砂、礫砂和下部基巖(燕山期花崗巖)[2]。

3 泵房基礎處理設計

結合相應的可行性研究以及《泵站設計規范》(GB 50265-2010)的相關要求，將更新改造泵站建筑防洪標準確定為30 a一遇，并且依照100 a一遇進行校核。泵站主要建筑為3級，次要建筑為4級。結合泵站的實際情況，在泵房基礎處理設計中，需要關注幾個核心問題。

3.1 泵站和自排閘基礎處理

3.1.1 方案比選

對照相應的可行性研究報告，在初步設計階段，針對泵站以及自排閘所處區域的地質狀況進行進一步的勘察工作，發現在泵站和自排閘基底廣泛分布有淤泥質土層和淤泥質粉砂層，雖然厚度不大[3]，但是分布十分不均勻，處理難度相對較大。在貢山泵站下游揭陽市三洲攔河閘應急重建工程中，通過水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)和水泥攪拌樁復合地基的比選，最終選用了CFG樁復合地基并取得了成功。由于本工程和三洲攔河閘地基土層相差不大，且荷載特性基本相同，因此本階段設計采用CFG樁和水泥攪拌樁復合地基方案比較后確定建筑物的基礎處理方案。為對兩種方案的實際效果進行對比，這里以泵站主廠房為例進行方案比選，結果見表1。綜合考慮各方面的實際情況，最終決定選擇CFG樁方案來對基礎進行處理[4]。

表1 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)和水泥攪拌樁方案對比

3.1.2 處理狀況

在泵站和自排閘的主要建筑中，全部采用了CFG樁施工方案，樁體直徑為500 mm，結合不同建筑物的實際情況，對CFG的具體參數進行設計：①在泵站主廠房中，基礎承受的平均應力為109.66 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長為8.5 m。處理后，基礎承載能力達到110 kPa，沉降量為4.95 mm，能夠滿足設計要求；②在泵站防洪閘中，基礎承受的平均應力為100.83 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長為12.0 m[5]。處理后，復合地基承載力為140 kPa；③在清污橋中，基礎承受的平均應力為49.69 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.75 m，樁端進入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長為8.0 m。處理后，復合地基承載力為85 kPa；④在泵站前池扶壁擋墻中，基礎承受的平均應力為138.04 kPa，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.00 m，樁端進入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長為10.0 m。處理后，復合地基承載力為140 kPa；⑤在自排閘閘室中，基礎承受的平均應力為138.66 kPa，綜合考慮各方面的影響因素，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長為10.0 m。處理后，復合地基承載力為140 kPa，總沉降量在20.56 mm，能夠滿足設計要求[6]；⑥在自排閘箱涵中，基礎承受的平均應力為108.90 kPa，決定將CFG樁的樁距控制在2.00 m×2.50 m，樁端進入礫砂層大于0.5 m，平均有效樁長為9.0 m。處理后，地基承載力為110 kPa，沉降量15.15 mm，能夠滿足設計要求。

3.2 節制閘基礎處理

結合相應的地質勘察報告分析，在泵站節制閘區域，存在有厚度較大的淤泥質土層，該層土抗剪強度很低，與復合地基加強體的摩阻力小，若采用CFG樁復合地基，不能有效發揮CFG樁的強度，且剛性樁復合地基不能有效提高復合地基的抗剪能力，因此本次設計節制閘仍采用可研階段推薦的攪拌樁復合地基處理方案。而依照地基處理后的復合地基承載力大于基底最大應力和總沉降量小于150 mm等設計原則，各主要建筑物樁基均采用直徑800 mm的水泥攪拌樁處理[7]。

節制閘基礎的處理體現在兩個關鍵區域：一是節制閘閘室基礎的處理，要求基礎應力為101.39 kPa，將樁距控制在1.50 m×1.20 m，樁端進入中粗砂層大于1.00 m，平均有效樁長為11 m，處理后的復合地基在承載力方面達到了110 kPa，沉降量為34.30 mm；二是節制閘懸臂擋墻基礎的處理，要求基礎應力為119.76 kPa，將樁距控制在1.20 m×1.20 m，樁端進入中粗砂層大于1.00 m，平均有效樁長為11 m，處理后的復合地基在承載力方面達到了120 kPa，沉降量能夠滿足設計施工要求。

3.3 舊泵站拆除

舊泵站的拆除是泵站更新改造的一個重要環節，為不影響泵站的正常使用，需要在新泵站建成并且正常運行之后，才能拆除舊泵站。舊泵站泵房拆除范圍包括底板以上的漿砌石結構及上部結構、攔污柵及閘墩、出口拍門、出口部分擋墻、穿堤涵管和護坦。在舊泵站攔污柵位置新建懸臂擋墻，懸臂擋墻高3.50 m，頂高程4.50 m。懸臂擋墻頂設置4 m寬平臺。舊泵站原有區域拆除后回填至8.00 m高程，長度約26.00 m左右，8.00 m高程和4.50 m高程之間采用1∶2坡度銜接。舊泵站穿堤涵管拆除后利用黏土回填壓實[8]。

4 結語

在對泵站進行更新改造的過程中，需要切實做好水文地質勘察，了解泵站的具體情況，明確其中存在的缺陷和問題。對安全隱患進行防范，尤其需要重視泵站基礎處理的設計工作，對照相關標準對基礎進行處理，保證基礎的穩固性和可靠性，為泵站的安全運行提供可靠的基礎支撐，使得泵站的功能和作用能夠最大限度的發揮出來。