(中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 中山 528400)

1 工程概述

磐嶺泵站位于廣東省揭陽(yáng)市藍(lán)城區(qū)榕江南河北岸竹橋河出口，是磐嶺圍干堤上的一座大型排澇泵站。磐嶺泵站的設(shè)計(jì)流量為88.5m3/s，裝機(jī)容量6250kW。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型。防洪潮標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。

根據(jù)工程地質(zhì)勘查資料顯示，工程場(chǎng)址巖土層由上往下分別為(部分鉆孔的某些土層缺失)?素填土、?-1淤泥質(zhì)土、?-2淤泥質(zhì)細(xì)砂、?-3淤泥、?-4淤泥質(zhì)黏土、?含礫中粗砂、?-1黏土、?-2粉土、?中砂、?殘積土、?-1全風(fēng)化花崗巖、?-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。各層土的工程特性指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

表1 各層土的工程特性指標(biāo)建議值

泵站主要建筑物自內(nèi)河向外河側(cè)依次有清污橋、前池、廠房、出水涵閘等。

2 磐嶺泵站軟基處理的必要性

由于泵站基礎(chǔ)下部存在深厚淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂等軟土，軟土層承載力低、壓縮性高，不能滿足泵站上部結(jié)構(gòu)的承載和沉降變形的要求，故需進(jìn)行軟基處理。

3 磐嶺泵站軟基處理設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

磐嶺泵站主廠房底板長(zhǎng)35.00m，寬20m，底板底高程-7.20m，采用φ500的水泥粉煤灰碎石樁(簡(jiǎn)稱CFG樁)，樁身立方體抗壓強(qiáng)度平均值fcu不小于7.2MPa，垂直水流方向20排，順?biāo)鞣较?1列布置，樁端進(jìn)入含礫中砂層大于0.5m，主廠房底部共布樁220根(不含底板以外CFG樁，下同)，平均有效樁長(zhǎng)12m；出水涵閘底板長(zhǎng)35.00m，寬25m，底板底高程-4.00m，采用φ500的CFG樁，垂直水流方向20排，順?biāo)鞣较?5列布置，樁端進(jìn)入含礫中砂層大于0.5m，平均有效樁長(zhǎng)為13m，出水涵閘底部共布樁300根；泵站清污橋長(zhǎng)35.00m，寬12m，底板底高程-3.70m，采用φ500的CFG樁，垂直水流方向14排，順?biāo)鞣较?列布置，樁端進(jìn)入含礫中砂層大于0.5m，平均有效樁長(zhǎng)12m，出水涵閘底部共布樁70根。為減小復(fù)合地基樁土應(yīng)力比，使復(fù)合地基土體和樁體變形協(xié)調(diào)，在各部位CFG樁頂與底板間設(shè)置厚300mm的中粗砂褥墊層，褥墊層中部鋪設(shè)一層土工格柵。

3.2 復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算

3.2.1 復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算方法

CFG樁復(fù)合地基承載力特征值按式(1)、式(2)計(jì)算：

(1)

Ra=upΣqsilpi+αpqpAp

(2)

式中fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa；

fsk——樁間土地基承載力特征值，kPa；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值，kN；

Ap——樁的截面積，m2；

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)；

up——樁的周長(zhǎng)，m；

qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；

lpi——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；

αp——樁端阻力發(fā)揮系數(shù)；

qp——樁端阻力特征值，kN。

CFG樁復(fù)合地基的最終變形量按式(3)計(jì)算：

(3)

式中s——地基最終變形量，mm；

ψs——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

P0——相應(yīng)于作用的準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力，kPa；

Esi——基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，MPa；

zi,zi-1——基礎(chǔ)底面至第i層、第i-1層土底面的距離，m；

3.2.2 復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算結(jié)果

磐嶺泵站各主要建筑物復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 復(fù)合地基承載力特征值及沉降計(jì)算結(jié)果

由表2的計(jì)算結(jié)果可知，各建筑物地基平均應(yīng)力值均小于處理后的復(fù)合地基承載力特征值，最終沉降量均小于150mm，表明處理后的復(fù)合地基滿足設(shè)計(jì)要求。

4 磐嶺泵站復(fù)合地基施工及質(zhì)量控制

4.1 施工工藝的選擇

CFG樁常用的施工工藝為長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁，長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁、振動(dòng)沉管灌注成樁、泥漿護(hù)壁成孔灌注成樁等4種。由于本工程CFG樁樁體大多位于地下水位以下，故不適合采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁法施工。由于本工程地基土層為深厚飽和淤泥及淤泥質(zhì)軟土層，樁距較小，如采用振動(dòng)沉管灌注成樁法施工容易導(dǎo)致地面隆起，樁身縮頸甚至斷樁，故也不應(yīng)采用此方法施工。泥漿護(hù)壁成孔灌注成樁法施工工藝復(fù)雜，在深厚軟土地基施工時(shí)泥漿濃度控制不好容易導(dǎo)致塌孔和樁身縮頸，且泥漿容易污染環(huán)境、施工速度慢，故本工程也不采用。綜上所述，本工程最終采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁的施工工藝。其工藝流程為鉆機(jī)就位→成孔→鉆桿內(nèi)泵壓混合料→提升鉆桿→泵壓孔底混合料→邊泵壓邊提升鉆桿→成樁→鉆機(jī)移位。

4.2 施工質(zhì)量控制

本工程施工嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，施工中主要控制要點(diǎn)如下。

a.施工前編寫施工組織設(shè)計(jì)方案并按規(guī)定程序履行審批手續(xù)；認(rèn)真復(fù)核樁位和標(biāo)高；按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn)，選定施工配合比。

b.選擇合適的機(jī)械進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)性施工，通過(guò)試樁確定施工參數(shù)。

c.根據(jù)本工程的試樁結(jié)果，確定CFG樁施工參數(shù)為：施工采用YTZ30型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行，鉆進(jìn)速度為1.2～1.7m/min，泵壓混合料的壓力為4～7MPa，提鉆速度為1.5m/min，混合料泵壓過(guò)程中始終保持混合料面高于鉆頭面1m以上，施工樁頂高程高出設(shè)計(jì)高程50cm。施工過(guò)程中嚴(yán)格按照以上施工參數(shù)進(jìn)行控制。

d.施工完成后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖量測(cè)樁頭、樁體試塊抗壓強(qiáng)度，低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)等方法進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，樁身直徑、樁體強(qiáng)度、樁身連續(xù)性和長(zhǎng)度等均滿足設(shè)計(jì)要求，證明施工質(zhì)量可靠。為進(jìn)一步檢驗(yàn)復(fù)合地基處理效果，本工程進(jìn)行了CFG樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

5 磐嶺泵站復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

為驗(yàn)證處理后的復(fù)合地基承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，設(shè)計(jì)提出了對(duì)CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行載荷試驗(yàn)的要求，考慮到本工程CFG樁樁身不長(zhǎng)，單樁承載力不大，故設(shè)計(jì)未要求對(duì)單樁承載力進(jìn)行載荷試驗(yàn)，僅采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。根據(jù)本工程的單樁復(fù)合地基檢測(cè)報(bào)告，泵站主廠房、出水涵閘和清污橋的復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)和P-S曲線圖見(jiàn)表3～5和圖1。

表3 泵站主廠房CFG樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 出水涵閘CFG樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 清污橋CFG樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 CFG樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)P-S曲線

由圖1可知，P-S曲線為緩變形，復(fù)合地基承載力特征值通過(guò)相對(duì)沉降來(lái)確定，按照相對(duì)沉降量確定的復(fù)合地基承載力特征值不得超過(guò)最大試驗(yàn)荷載的1/2，相對(duì)沉降值應(yīng)根據(jù)樁的類型、地區(qū)或行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、工程特點(diǎn)等確定。根據(jù)本工程地質(zhì)條件和復(fù)合地基設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，復(fù)合地基樁間土壓縮性較高，樁頂設(shè)置了0.30m厚的褥墊層，綜合考慮，相對(duì)沉降值取0.02。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，泵站主廠房、出水涵閘和清污橋的復(fù)合地基承載力特征值見(jiàn)表6。

表6 復(fù)合地基承載力特征值檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)復(fù)合地基承載力特征值檢測(cè)結(jié)果，各主要建筑物地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求(泵站主廠房按沉降確定的地基承載力特征值比設(shè)計(jì)值富余不大，主要原因?yàn)檫M(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)前基坑浸水，檢測(cè)時(shí)地下水位較高)。磐嶺泵站主體工程已完工近3年，目前未發(fā)現(xiàn)泵站主廠房及其他各主要建筑物有明顯沉降現(xiàn)象。

6 結(jié) 語(yǔ)

CFG樁復(fù)合地基在磐嶺泵站工程中的成功應(yīng)用表明：深厚軟土地基上的水閘、泵站采用CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)可行、安全可靠，值得在類似泵站、水閘等工程的軟基處理設(shè)計(jì)中參考。建議今后應(yīng)進(jìn)一步研究在不同地質(zhì)條件、地下水埋深、褥墊層厚度的條件下采用CFG樁復(fù)合地基處理后承載力與相對(duì)沉降值的關(guān)系，為類似工程積累更豐富的經(jīng)驗(yàn)，以便CFG樁復(fù)合地基得到更廣泛的應(yīng)用。