電排站工程基礎處理及防滲技術分析研究

盧劍文

(佛山市順德區(qū)水利投資建設有限公司，廣東 佛山 528200)

1 工程背景

逢簡電排站新建工程位于佛山市順德區(qū)杏壇鎮(zhèn)、齊杏聯(lián)圍堤段新樁號35+645處，內(nèi)接逢簡大涌，外排順德支流。按照佛山市“10年一遇24 h暴雨一天排完、內(nèi)河涌水位≤1.5 m”的排澇標準，工程設計排澇流量為26 m3/s。根據(jù)電排站設計排澇流量及各種揚程參數(shù)要求，通過機組選型比較，初選2臺1800ZXB-5.4型斜式軸流泵[1]，配套2臺TXZ900-24/2150(TH)型高壓(10KV)同步電動機，單機功率900 kW,電排站總裝機容量N=1800 kW。工程為Ⅲ等工程，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。

工程選擇在逢簡水閘東側興建，緊靠水閘布置。工程水工布置主要由進水前池、攔污柵閘、泵房、出水壓力箱涵、防洪閘、內(nèi)外江連接段及其他建筑物組成，正向進出水。具體布置如下:

(1)電排站前池入口處為攔污柵閘，攔污柵布置在進水側。工作橋布置在出水側，連接進水渠右岸與隔離島之間的交通。

(2)為了減少清污機工作負荷，在攔污柵閘前設置一道簡易粗柵。為加大粗柵過流面積，減少過柵水頭損失，本工程粗柵布置在內(nèi)江側新建隔離島與進水渠右岸之間，與電排站縱軸線斜交50°，柵后設置清污平臺。

(3)本工程堤圍工程等級較高，泵房采用堤后式布置。泵房順水流方向長30.0 m，垂直水流方向長19.5 m。主廠房布置在進水側，副廠房布置在出水側，副廠房外墻邊線與防洪堤內(nèi)坡腳之，間留寬6.0 m通道。

(4)穿堤壓力涵管為整體式二孔箱涵，堤外側箱涵出口設置拍門。防洪閘設置在防洪堤邊，防洪堤堤頂寬7.0 m。進廠道路由防洪堤下至右岸場地后進入泵房。

(5)為改善站前河涌的進水流態(tài)，將逢簡大涌和桑麻涌匯合后的站前河涌底寬由原來約10 m擴寬至46 m。進水渠左岸采用平整坡面、局部幫寬加高的形式，與逢簡大涌左岸平順漸變地銜接。進水渠右岸位于魚塘上，地質(zhì)條件較差，為更好適應地基變形，采用填方土渠堤岸形式，與桑麻涌右岸平順漸變地銜接。

(6)出水渠右岸與恢復新建的防洪堤相結合，采用坡式護岸形式，與現(xiàn)有防洪堤平順漸變連接。

本工程建成后，將和圍內(nèi)的其他電排站一起聯(lián)合 運行，增強齊杏聯(lián)圍的排澇能力，有效地抵御暴雨、排除內(nèi)澇，盡量將洪澇災害損失降到最低，為杏壇鎮(zhèn)經(jīng)濟建設提供安全保障。

2 站區(qū)工程地質(zhì)條件

工程區(qū)域周圍主要為魚塘、耕地、堤圍等。工程勘探采用全取芯鉆探、標準貫入試驗。共完成勘探孔6個，總進尺258.6 m，標準貫入試驗47次，取土樣21個，十字板剪切試驗7個。

2.1 巖土地層特性

根據(jù)地質(zhì)鉆探結果，場地普遍覆蓋有第四系(Q)堆積物，由表土層、沖積土層等層組成。有關各土層特征、性質(zhì)分述如下:

(1)表土層主要為素填土，堤身填土呈壓實狀態(tài)。(2)層沖積土層(Qal)分為9個亞層：2-1層淤泥質(zhì)土、2-2層淤泥質(zhì)粉砂、2-3層細砂、淤泥質(zhì)細砂、2-4層粉砂、2-5層淤泥質(zhì)土、2-6層粉土、2-7層細砂(淤泥質(zhì)細砂)、2-8層粗砂、2-9層中砂。(3)層白堊系(K)中風化泥巖，巖質(zhì)較硬，局部夾薄層強風化巖層。

根據(jù)巖土室內(nèi)試驗及現(xiàn)場原位測試，場地內(nèi)巖土層承載力特征值(fak)及壓縮模量(Es)見表1。

表1 巖土層承載力及壓縮模量

2.2 場地水文地質(zhì)條件

場地地下水類型屬孔隙潛水，主要賦存于第四系砂土層中，主要補給來源為河水。其水位受河水水位影響明顯，地下水與河水補排關系密切，河水漲潮時，地下水接受河水側向入滲補給，河水退潮時，地下水轉(zhuǎn)向河水排泄。根據(jù)土質(zhì)及土工試驗結果：1 層素填土中粉質(zhì)粘土為微透水層; 2-1層、2-5層淤泥質(zhì)土屬微透水層; 2-2層淤泥質(zhì)粉砂、2-4層粉砂屬中等透水層; 2-6層粉土層屬弱透水層; 2-3 層、2-7層細砂屬中等透水層; 2-8 層粗砂、2-9 層中砂屬中等透水層。

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范[2009年版]》(GB 50021—2001)[2]，結合本場地的環(huán)境地質(zhì)條件、地層滲透性的影響，場地屬濕潤氣候區(qū)，故場地環(huán)境類別定為Ⅱ類。

由場地的水質(zhì)分析結果表明：地下水對混凝土結構在強透水性地層中具弱腐蝕性、在弱透水性地層中具微腐蝕性；地下水對混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

2.3 場地不良地質(zhì)現(xiàn)象及評價

(1)地震液化。采用標準貫入試驗判別，在20 m 范圍內(nèi)，2-2～2-4 層為液化土層，場地液化等級為輕微，同時存在軟土震陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為對抗震不利地段。

(2)場地類別。場地土層等效剪切波速Vse= 132.3 m/s，覆蓋層厚度介于15～80 m之間，土的類型為軟弱土，屬于Ⅱ類建筑場地類別，特征周期值0.45 s。

(3)其他不良地質(zhì)現(xiàn)象。堤圍兩側草皮植被和土體結構完好，場地及附近未發(fā)現(xiàn)巖溶、泥石流、采空區(qū)、地面沉降等現(xiàn)象，亦未發(fā)現(xiàn)有活動斷裂帶通過。

(4)場地穩(wěn)定性和適宜性評價。除軟弱土層、液化土層外亦未發(fā)現(xiàn)其他不利建筑的地質(zhì)現(xiàn)象，場地處于相對穩(wěn)定區(qū)，但場地地基上部分布高壓縮性土層，不能滿足工程要求，必須進行地基加固處理。

3 工程地基處理

3.1 地基處理方案

根據(jù)場地工程地質(zhì)條件擬選擇兩個方案：

方案1：φ500深層水泥土攪拌復合樁

方案采用深層水泥攪拌樁形成復合地基[3-5]，以控制建筑物總沉降為原則進行基礎處理。根據(jù)本工程水工建筑物結構特點和地質(zhì)條件，采用φ500深層水泥土攪拌復合樁，以2-6粉土層或2-7細 砂層為樁端持力層，樁長采用12.0～18.5 m, 樁距0.8～1.2 m不等。結合防滲需要，防洪閘前齒按0.4 m樁距布置兩排水泥攪拌樁形成防滲墻，防洪閘、壓力涵及泵房均采用圍封型式進行布置。

方案2：φ500/φ400錘擊預應力管樁+φ500深層水泥攪拌樁

方案采用φ500/φ400錘擊預應力管樁[6-7]承擔垂直荷載，以2-8層粗砂層作為樁端持力層，管樁按群樁布置原則布置，攪拌樁除連續(xù)墻間距0.4 m外，其余均為1.0 m。

方案1、方案2在技術上均滿足規(guī)范要求。兩方案比較，方案2預應力管樁基礎經(jīng)濟方面造價稍便宜，但管樁在施工過程中貫入度控制難度較大，且由于管樁的端承效應，地基土發(fā)生沉縮時，基底易形成滲流通道。而方案1深層水泥攪拌樁復合地基通過調(diào)整攪拌樁的水泥含量、置換率、樁長等，可提高地基豎向及水平承載力，控制沉降量及水平位移，防止深層滑動，而且對于粉砂地基，利用水泥攪拌樁地下連續(xù)墻將地基四周封閉，可防止地基液化，并能提高地基土的抗?jié)B性能，是一種比較適合本地區(qū)水利工程的軟基處理方法。故本工程采用φ500深層水泥土攪拌復合樁進行地基處理，形成復合地基。

3.2 基礎平面布置

根據(jù)本工程水工建筑物結構特點和地質(zhì)條件，確定采用φ500深層水泥攪拌樁，以2-6粉土層或2-7細砂層為樁端持力層，樁長采用12.0～18.5 m, 樁距0.8～1.2 m不等。根據(jù)防滲需要，水閘與防洪閘外江側齒墻處及水閘與防洪閘之間布置兩排連續(xù)水泥攪拌樁形成防滲墻；根據(jù)建筑物的重要性，水閘閘室、防洪閘、穿堤箱涵及泵房等采用圍封形式進行布置；另外在主體建筑物兩側3～4 m范圍內(nèi)按1.2 m×1.2 m布置φ500水泥攪拌樁，以加固和改善表層不良地基土，減輕高填土荷載引起的軟弱土層壓縮變形，提高處理范圍的整體抗滑穩(wěn)定。本工程合計φ500攪拌樁共3672條，總樁長53 790 m。

3.3 基礎處理設計

攔污柵閘、泵房、壓力涵、防洪閘等主要建筑物部位平均基底應力在48.5～158.0 kPa之間。根據(jù)FSSJ2011-015號地質(zhì)報告，最軟弱土層2-1淤泥質(zhì)土層其7 d齡期其5組水泥滲入量(7%、10%、15%、18%、21%)抗壓強度試驗值分別為0.33 MPa、0.40 MPa、0.49 MPa、0.68 MPa、0.73 MPa, 按《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79—2012)[8]經(jīng)驗關系式換算為90 d齡期的抗壓強度值為0.66～1.10 MPa、0.80～1.33 MPa、0.98～1.63 MPa、1.36～2.17 MPa、1.46～2.43 MPa，擬采用樁身18%水泥摻入量，約65 kg/m3，樁身強度按1.50 MPa進行設計，單樁承載力為88.31 kN。

經(jīng)驗算，加固后的復合地基承載力大于建筑物地基應力，承載力滿足要求；建筑物最大沉降量均<150 mm，相鄰建筑物沉降差<50 mm，滿足規(guī)范要求。主要建筑物地基加固后地基承載力和沉降量匯總如表2。

4 工程防滲技術

由于電排站建于堤內(nèi)為堤后式泵房，沒有直接抵擋外江洪水，不起防洪作用，地下滲流的滲透坡降很小。根據(jù)本工程建筑物布置形式，防洪閘、出水壓力涵和泵房之間采用止水連接，防滲段末端即進水前池底板設置反濾排水孔，滲徑長度為85.6 m，滲徑系數(shù)達21.8，電排站地下輪廓線長度遠大于滲透穩(wěn)定所需地下輪廓線長度。

其中防洪閘、已建水閘及其上下游連接段止水防滲技術手段采用的是在墻后填土完成后須進行充填式黏土灌漿處理，灌漿形式采用充填式灌漿，灌漿孔數(shù)量共 54個，孔距2 m, 孔深至底板頂面，灌漿總長度372.4 m。灌漿時采用分段灌注方法，先灌上游孔，再灌下游孔，最后灌中間孔。由下至上，下套管分段灌注，段長可為5～10 m，開孔直徑不大于110 mm。滿足注漿管上端孔口壓力應小于49 kPa(0.5 kg/cm2)，應盡量避免堤面出現(xiàn)裂縫。當漿液升至孔，經(jīng)連續(xù)復灌三次不再吃漿時，即可終止灌漿。灌漿土料指標要求塑性指數(shù)為10%～25%，黏粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量小于10%，有機質(zhì)含量小于2%，可溶鹽含量小于8%。漿液物理力學性能要求滿足容重1.3～1.6 t/m3，黏度達30～100 mPa·s，穩(wěn)定性小于0.1g/cm3，膠體率大于80%，失水量在10～30 cm3/30 min之間。

5 結 論

本文以新建逢簡電排站工程為背景，經(jīng)采用φ500深層水泥土攪拌樁進行地基處理形成復合地基后，地基承載力滿足要求；建筑物最大沉降量及相鄰建筑物沉降差滿足規(guī)范要求。主要建筑物連接段止水采用充填式黏土灌漿處理后，工程滲流穩(wěn)定。工程建成后，將增強齊杏聯(lián)圍的排澇能力，有效地抵御暴雨、排除內(nèi)澇，為杏壇鎮(zhèn)經(jīng)濟建設提供安全保障。