PHC樁在來安縣廣大圩泵站地基處理中的應用

袁 杰

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司,安徽 合肥 230088)

1 工程概況

來安縣廣大圩泵站地處滁州市來安縣三城鄉，位于廣大圩徐渡自排涵下游約50 m處，外排河道為清流河。泵站經過多年的運行，存在建設標準低、裝機容量小、工程老化等問題，大部分建筑物剝蝕嚴重、混凝土碳化、骨料裸露、裂縫缺損、滲水漏水，金屬結構和埋件銹蝕嚴重，機電設備老化磨損嚴重及維修十分困難、工程長期帶病超負荷運行，排澇效率低，存在很多安全隱患。本次廣大圩泵站擴建工程拆除現有泵站于原址擴建，設計排澇流量為26.0 m3/s，裝機5臺套，總裝機容量2 800 kW，工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。

廣大圩泵站為堤后干室型泵站，排澇溝進水正向入進水閘，出口方向偏清流河下游，泵站樞紐建筑物按照現有出水渠走向偏左側布置。泵站沿中心線順水流向依次布置有進水閘、前池、站身、匯水箱、穿堤涵洞以及出口防洪閘。泵站灌溉引水配套建筑物分別為前池右側引水涵和匯水箱左側灌溉出水涵。

2 地質情況

①層素填土(Qml)，以中粉質壤土～重粉質壤土為主，棕褐夾灰色，軟塑～可塑，很濕～飽和，屬中等偏高壓縮性。層厚0.40～4.60 m，層底高程6.37～11.05 m。

⑤層泥質砂巖(K)，棕紅色，全風化～強風化，表層為全風化、其下漸變為強風化。該層部分鉆孔未揭穿，已揭露最大厚度為0.90 m，最深層底高程為-17.83 m。

根據廣大泵站地質剖面圖和樞紐縱橫剖面圖，泵站進水閘、前池和泵房建基面均為③層淤泥質粉質黏土層，匯水箱和穿堤涵雖位于②層重粉質壤土層，但其厚度不足1.0 m左右。③層淤泥質粉質黏土平均標貫擊數2.9擊，地質報告根據綜合室內試驗與野外原位測試結果得出的承載力標準值fk=70 kPa。根據《泵站設計規范》(GB 50265-2010)規定“標準貫入擊數小于4擊的黏性土地基和標準貫入擊數小于或等于8擊的砂性土地基均不得作為天然地基”。

3 地基處理方案比選

根據地形地質條件，一般可采用樁基礎或者復合地基加固的方式解決地基承載力不足、地基沉降過大的問題。按照類此工程處理經驗和水利工程特點，本工程可采用預應力鋼筋混凝土管樁基礎和釘形水泥土雙向攪拌樁復合地基兩種方式。兩種方案優缺點如下：

(1)PHC樁是采用預應力工藝和離心成型法制成的一種細長空心體混凝土預制構件，是一種采用擠土或半擠土的樁基形式，是將建筑物的荷載傳給地基土的具有一定抗彎、抗壓性能的受力構件。PHC樁基礎技術成熟，樁身混凝土強度高，打入硬土層，經過強烈的擠壓，樁端承載力可比原狀提高80%～100%；樁體預制由工廠化離心生產，容易保證質量；可根據需要制成各種不同長度的樁段運到工地后可相互連接，施工快捷簡便。缺點是沉樁時一般用錘擊或振動法下沉，施工噪聲大，用靜壓法施工可消除噪聲污染，但它要求的設備和環境條件使其應用受到限制。

(2)釘形水泥土雙向攪拌樁進行軟基加固，這是一種在常規水泥土攪拌樁基礎上加以基加固處理方法，是將水泥土攪拌樁成樁機械的鉆桿改進為同心雙軸鉆桿，通過外桿上改進后形成的新型地葉片反向旋轉過程中的壓漿作用和正反向旋轉葉片同時雙向攪拌水泥土，阻斷水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質量。釘形水泥土雙向攪拌樁擴大頭部分與樁一次施工完成，操作方便；在上覆荷載的作用下，充分利用土拱作用，擴大頭部分確保樁體和樁周土協調變形，達到更佳的復合地基效果；充分利用土中應力傳遞規律，加強土體上部復合地基強度。缺點是攪拌樁在深厚淤泥質土內樁身質量對施工工藝要求高、施工及檢測周期較長，地基變形量較大。

考慮廣大站建設要求周期短，站址處軟弱土層深厚，新建泵站機組運行對地基變形和沉降的敏感性較高，站基擬采用管樁復合地基，即鋼筋混凝土預應力管樁。

4 地基處理布置

4.1 工程布置

根據泵站建筑物基礎平面輪廓、埋深以及上部荷載，預應力混凝土管樁直徑擬采用0.4 m，樁底以進入④層中粗砂層內為宜，樁頂設0.4 m厚水泥土墊層。樁位平面呈矩形排列，樁距3.5～2.0 m，長度15.0～17.0 m，共布置338根樁，總長度約5 286.8 m。

4.2 地基承載力計算

根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2012)對有黏結強度增強體復合地基計算公式：

計算得出廣大泵站基礎各部位復合地基豎向承載力特征值：進水閘上游翼墻(單側)為124.6 kPa，進水閘為108.8 kPa，泵房為121.1 kPa。

進水閘上游翼墻、進水閘、泵房基底壓應力按最大工況計算，基底壓應力最大值σmax分別為：122 kPa、146.5 kPa、105.2 kPa。根據以上計算內容，采用管樁復合地基處理后，地基承載力均滿足上部荷載要求。

4.3 地基沉降計算

根據《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007-2011)，采用分層總和法計算得出進水閘上游翼墻地基最大沉降量為29.6 mm，進水閘最大沉降量為17.2 mm，泵房最大沉降量為13.9 mm，沉降量不大，因此采用PHC樁進行地基處理加固方案是可行合理的。

5 結束語

預應力鋼筋混凝土管樁基礎技術成熟，與常規地基處理方式相比，施工速度快，沉降控制嚴格，實際施工效果顯著，具有廣泛的應用前景。文章結合背景工程闡述了此方案的設計布置，為工程的順利實施提供了保障，對類似工程提供了參考。