伍美華

（杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司，杭州浙江310020）

排澇泵站地基承載力特征值的確定及地基處理設(shè)計

伍美華

（杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司，杭州浙江310020）

在詳細(xì)分析排澇站工程地質(zhì)以及工程區(qū)地基承載力的的基礎(chǔ)上，比較分析換填法、預(yù)壓法、深層水泥攪拌法及鉆孔灌注樁法等多種軟土地基加固方法，通過計算表明，鉆孔灌注樁加固后的復(fù)合地基可滿足建筑設(shè)計要求，最終確定鉆孔灌注樁法為本工程的地基加固方法。

泵站；排澇；軟土地基；地基承載力；鉆孔灌注樁

隨著城市建設(shè)及道路整治等工程項目的實施，區(qū)域排水設(shè)施得到不斷完善，但由于局部地區(qū)地勢低洼、排水設(shè)施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低、雨水管網(wǎng)破損淤積、雨水管網(wǎng)出口高程低于河道常水位等原因，在大暴雨情況下仍有一些區(qū)域存在不同程度的積水現(xiàn)象，形成易澇點。而城市部分河道容積小、泄洪慢，匯水能力不足，延長了澇區(qū)淹沒時間。排澇泵站的實施能夠有效提高城市區(qū)域河網(wǎng)的排澇能力，降低平原河網(wǎng)洪澇水位，減輕城區(qū)受災(zāi)損失。

軟土地區(qū)地基承載力低，在認(rèn)真調(diào)查地質(zhì)情況下，綜合分析各種地基處理方法，擇優(yōu)選擇以滿足設(shè)計要求。通過某中型排澇泵站地基承載力特征值計算，說明軟土地基的加固設(shè)計。

1 工程概況

某排澇泵站為中型泵站，設(shè)計排澇流量15m3/s，設(shè)3臺潛水立式軸流泵，單泵流量5m3/ s（配套電機220kW）。泵站采用地下式潛水泵站，總寬14.7m，總長25m，由南向北依次布置攔污柵、進(jìn)水流道檢修門槽、泵室、拍門檢修門槽。排澇閘凈寬15.0m，采用翻板式鋼閘門。工程平面上采用泵站與閘站合建型式，即一字型布置，見圖1。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察得出地質(zhì)情況，工程區(qū)各巖土層的巖性特征自上而下，見表1。

3 地基承載力特征值

根據(jù)規(guī)范［1-2］，排澇站基底應(yīng)力計算公式為：

∑G—作用于排澇站基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載（包括泵房（閘室）基礎(chǔ)底面上的揚壓力在內(nèi)，kN）；

A—排澇站基礎(chǔ)底面面積（m2）；

∑Wx、Wy—作用于排澇站基礎(chǔ)底面以上的全部豎向和水平向荷載對于基礎(chǔ)底面形心軸x、y的力矩（kN·m）；

∑Wx、Wy—排澇站基礎(chǔ)底面對于該底面形心軸x、y的截面矩（m3）。

基底應(yīng)力計算工況如下：

（1）完建工況；排澇站上、下游無水；

（2）設(shè)計工況：外江30年一遇洪水位5.65m，內(nèi)河常水位4.50m；

（3）校核工況：外江100年一遇洪水位5.80m，內(nèi)河常水位4.50m。

排澇站基底應(yīng)力計算成果見表2、3。

圖1 排澇泵站橫斷面圖

表1 土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)

表2 閘室基底應(yīng)力計算成果表

表3 泵室基底應(yīng)力計算成果表

根據(jù)規(guī)范，土基上的閘室（泵房）穩(wěn)定應(yīng)滿足下列要求：在各種計算情況下，閘室（泵房）的平均基底應(yīng)力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍。根據(jù)地質(zhì)提供資料，排澇泵站基礎(chǔ)為淤泥，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值f k= 50kP a，從計算結(jié)果表中可知，排澇泵站最大基底應(yīng)力118.55kP a＞60 kP a（1.2倍地基承載力特征值），平均基底應(yīng)力35.54～95.34kP a，不滿足地基承載力特征值＞50kP a的要求，必須采取工程措施對地基進(jìn)行處理。

4 地基處理設(shè)計

排澇泵站基礎(chǔ)為淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不能滿足建筑物要求，必須對地基進(jìn)行加固處理。

4.1 地基處理方案比較

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，軟土地基加固的方法主要有換填法、預(yù)壓法和復(fù)合地基，復(fù)合地基包括深層水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁等。

（1）換填法：換填法先將基礎(chǔ)底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖除，然后分層回填較好的砂石、灰土、碎石、粉煤灰等［3］，適用于墊層厚度在0.5～3.0m。由于本工程地基淤泥質(zhì)土層較厚，換填法工程量大，難以實施。

（2）預(yù)壓法：對大面積厚層軟土地基，可采用砂井預(yù)壓、真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓等措施，以加快地基排水固結(jié)，提高其抗剪強度［4］。預(yù)壓法加固地基需考慮預(yù)壓施工對鄰近建筑物、地下管線等產(chǎn)生附加沉降的影響［5］。本工程地基為透水性較差的淤泥質(zhì)粘（粉土）土，且工程周圍為民房和城市主干道，預(yù)壓法不適用。

（3）深層水泥攪拌樁：利用水泥（石灰）等材料固化劑與軟土進(jìn)行強制攪拌，固化劑與軟土發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)后形成整體性、水穩(wěn)性好和較高強度的水泥加固體，與天然地基形成復(fù)合地基。水泥攪拌樁對提高地基承載力和減小基礎(chǔ)沉降有一定效果。但如果不進(jìn)行前期的預(yù)壓沉降處理，僅采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理很難滿足規(guī)范對建筑物的沉降要求［6］。

（4）鉆孔灌注樁基礎(chǔ)：根據(jù)成孔方式不同可分為泥漿護(hù)壁成孔灌注樁、干作業(yè)成孔灌注樁、套管成孔灌注樁、爆擴成孔灌注樁。灌注樁能適應(yīng)復(fù)雜地層，但在軟土地區(qū)易出現(xiàn)土層與底板脫空現(xiàn)象，這種情況可通過設(shè)置與底板剛性連接的防滲墻（高壓旋噴樁防滲帷幕）或預(yù)留注漿管進(jìn)行充填灌漿的措施來解決。

4.2 地基處理設(shè)計

本工程采用鉆孔灌注樁進(jìn)行地基加固處理。采用C 25鉆孔灌注樁，直徑80c m，樁長25～26.9m，按行列式排列。閘室底板樁間距3.3m×3.0m，共計48根樁；泵室底板樁間距2.9m×2.8m，共計45根樁。樁型為摩擦樁，持力層為含砂粉質(zhì)粘土（承載力特征值為120kP a），樁底高程-26.4m，頂部嵌入底板10c m。

4.3 樁基承載力計算

根據(jù)規(guī)范［7］，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按如下公式計算：

單樁豎向極限承載力特征值按如下公式計算：

式中：

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

qsik、qpk—樁周第i層土的側(cè)阻力、樁端阻力極限標(biāo)準(zhǔn)值（kP a）；

Ap—樁底端橫截面面積（m2）；

Qsik、Qpk—單樁總極限側(cè)阻力、總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

li—第i層土層厚度（m）；

up—樁身周長（m）；

K—安全系數(shù)，取K=2。

復(fù)合地基承載力特征值計算公式為：

式中：λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.9；

β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；

m—面積置換率，計算得m=0.0576；

fsk—處理后樁間土承載力特征值。

鉆孔灌注樁單樁豎向承載力計算結(jié)果見表4。

根據(jù)泵站基底應(yīng)力計算結(jié)果，各種荷載組合下泵房基底平均應(yīng)力最大值為95.34kP a＜128.88kP a，基底最大應(yīng)力118.55kP a＜154.66kP a（1.2× 103.64kP a），可見地基經(jīng)鉆孔灌注樁加固處理后可以滿足要求。

表4 樁基承載力計算結(jié)果表

5 結(jié)語

在詳細(xì)分析排澇站工程地質(zhì)以及工程區(qū)地基承載力的的基礎(chǔ)上，利用鉆孔灌注樁加固地基形成的復(fù)合地基可滿足建筑設(shè)計要求，說明鉆孔灌注樁的端承和側(cè)阻作用可以有效增強地基承載力，減少地基沉降變形。鉆孔灌注樁復(fù)合地基可在水利工程地基處理中應(yīng)用。

［1］GB/50265-2010.泵站設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］SL265-2001.水閘設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］唐安軍，劉紅.論水利工程常用地基處理方法［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2010（06）

［4］江正榮.地基與基礎(chǔ)施工手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［5］J G J 79-2012.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］吳雄遠(yuǎn).沿海粉細(xì)砂泵閘地基處理設(shè)計［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2014（04）：39-48.

［7］J G J 94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： 文章編號：1672-2469（2015）05-0114-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.035

伍美華（1982年—），女，工程師。