孫冬冬

（安徽華邦工程設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 235000）

1 概述

荷圩泵站位于安徽省蕪湖市繁昌區(qū)新港鎮(zhèn)境內(nèi)，為沿江荷花圩排區(qū)排澇泵站，排澇承泄區(qū)為長(zhǎng)江。荷圩站設(shè)計(jì)排澇流量7.39m3/s，裝機(jī)4 臺(tái)，總裝機(jī)容量800kW。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物按4 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物5 級(jí)，堤防及穿堤涵閘3 級(jí)。

泵站布置于堤后，采用正向進(jìn)、出水布置型式，泵室采用干室型結(jié)構(gòu)，為自排與抽排結(jié)合站。荷圩泵站樞紐由進(jìn)水口、前池、進(jìn)水?dāng)r污閘、泵站廠房（含匯水箱）、抽排控制閘、穿堤箱涵、防洪閘等幾部分組成。

泵房采用箱型基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底高程3.1m，堤防頂高程14.5m，穿堤箱涵基礎(chǔ)底高程3.9m。

經(jīng)地質(zhì)勘察，工程位置處土層自上而下可分為5 層，分別如下：

①填土：主要為雜填土，含碎石和建筑垃圾。該層只在11#鉆孔分布，其余鉆孔已清除，層厚1.3m。

②粉質(zhì)黏土：黃灰褐色，可塑，干強(qiáng)度較大，韌性、壓縮性一般，部分夾粉土薄層，夾層一般小于0.3m。滲透系數(shù)K=3.0E-05cm/s，為弱透水層。該層在大堤北側(cè)缺失。層厚1.2～3.6m。

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色、灰棕色，軟塑狀，局部流塑，土質(zhì)粘性土，高壓縮性，切面稍有光澤，干強(qiáng)度較大，含有機(jī)質(zhì)。滲透系數(shù)K=1.0E-07cm/s，為不透水層，層厚0.8～14.2m。

④粉質(zhì)黏土：灰棕色、灰褐色，可塑，土質(zhì)粘性土，中等壓縮性，有一定結(jié)構(gòu)性，結(jié)構(gòu)較緊密，切面稍有光澤，韌性較大，含少量Ca 質(zhì)結(jié)核。滲透系數(shù)K=2.0E-06cm/s，為弱透水層，層厚1.7～5.3m。

⑤泥質(zhì)粉砂巖：呈黃褐色和灰黃色，夾少量粘性土。石英砂巖、花崗巖為主，灰黃色石灰?guī)r次之，中密—密實(shí)狀。該層未揭穿，最大可見(jiàn)深度約3m。

本次地勘資料顯示淤泥層厚為0.8～14.2m，其中前池至壓力水箱段淤泥層厚度為0.8～3.1m，泵站底板以下淤泥層厚度為0.0～2.1m，穿堤箱涵至出口防洪閘段淤泥層厚度為7.3～14.2m，出口處翼墻底板以下淤泥層厚度為5.94～9.55m。

依據(jù)各土層土工試驗(yàn)成果、原位測(cè)試結(jié)果，按照有關(guān)規(guī)范取值標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本地區(qū)地層特點(diǎn)、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)綜合分析給出地基承載力特征值（kPa）如表1。

表1 地基承載力特征值表

2 地基處理方案研究

根據(jù)工程布置及地質(zhì)報(bào)告，該站泵室和穿堤涵設(shè)計(jì)基底坐落在③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土上，軟塑狀，局部流塑，為軟弱強(qiáng)度地層且含有機(jī)質(zhì)，工程地質(zhì)條件差。

因此，該站基礎(chǔ)施工具有以下特征：①基坑深度大，最深處約12m，屬于超深的軟土深基坑；②地質(zhì)條件差，以淤泥為主的軟土層具有地基承載力低、含水量大、壓縮性強(qiáng)、不透水等特殊性能；③地基軟弱層較深、換填處理難度大；④根據(jù)施工需要，基坑開(kāi)挖面積較大，且坐落于長(zhǎng)江大堤下，失事后危害大。

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）4.1.3 節(jié)，“站址坐落在軟土、雜填土、振動(dòng)液化土等不良地基時(shí)，應(yīng)慎重研究確定基礎(chǔ)類(lèi)型和地基處理措施”。因此，需要根據(jù)該站基礎(chǔ)施工特征有針對(duì)性地進(jìn)行地基處理。

2.1 地基處理范圍

根據(jù)各部位的天然地基承載力分析及基底應(yīng)力分析，本工程地基處理范圍為：攔污閘、泵室及水箱段、穿堤出水箱涵段以及進(jìn)出口邊墻。

2.2 方案選擇

本工程地基軟弱、處理范圍大，采用何種地基處理方案直接關(guān)系工程的安全及工程造價(jià)，基礎(chǔ)底面下軟土層厚度約15m。

根據(jù)軟弱地基處理方法比選和工程所在地同類(lèi)地基處理成功經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目初步擬定采用復(fù)合地基方案；泵室地基處理的目的主要是解決地基沉降、地基承載力問(wèn)題。水泥土攪拌樁處理可使復(fù)合地基強(qiáng)度有較大提高，從而使地基沉降及沉降差在容許范圍內(nèi)，水泥土攪拌樁地基比鉆孔樁有較多優(yōu)點(diǎn)，具有投資省、防滲性能好、對(duì)樁間土擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。

3 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)及沉降量計(jì)算

3.1 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)

泵室底板持力層，天然地基承載力均為70kPa，設(shè)計(jì)地基承載力為108kPa，初擬攪拌樁直徑D=500mm，截面積Ap=0.196m2，樁周長(zhǎng)Up=1.57m，根據(jù)地質(zhì)資料，擬定樁長(zhǎng)L=3～16m，即樁深入粉質(zhì)黏土④約2m。

水泥土攪拌樁承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加荷試樁確定，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中的公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：

fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長(zhǎng)為50mm 的立方體）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28d 齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。

η—樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，濕法取0.25；

Ap—水泥土攪拌樁的單樁截面積，m2；

Ra—單樁豎向承載力容許值，kN；

Up—樁身周長(zhǎng)，m；

qsi—樁周第i 層土的側(cè)阻力容許值，kPa，依據(jù)地質(zhì)報(bào)告取值13kPa；

li—樁長(zhǎng)范圍第i 層土的厚度，m；

α—樁端天然地基土承載力折減系數(shù)，取0.4～0.6；

qp—樁端地基土未經(jīng)修正的承載力容許值，kPa。

設(shè)計(jì)中按天然地基承載力為70kPa 進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)。

根據(jù)計(jì)算，取單樁承載力

加固后的水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基荷載試驗(yàn)確定，在設(shè)計(jì)階段根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦公式計(jì)算：

式中：

fspk—復(fù)合地基承載力容許值，kPa；

fsk—處理后樁間土的承載力容許值，kPa；

m—面積置換率；

Ap—水泥土攪拌樁的單樁截面積，m2；

Ra—單樁豎向承載力容許值，KN；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，可取0.1～0.4，本工程取0.25。

水泥土攪拌樁采用柱狀設(shè)計(jì)，水泥摻入量為15%，樁身直徑0.5m，樁中心間距按照順?biāo)飨驗(yàn)?.0m，垂直水流向1.0m 布置，地基處理范圍按建筑物基礎(chǔ)輪廓線(xiàn)以外0.5m。

根據(jù)泵房和箱涵基礎(chǔ)的底面積和復(fù)合地基的置換率等計(jì)算，荷圩泵站設(shè)計(jì)布置水泥土攪拌樁根數(shù)共計(jì)1838 根，總長(zhǎng)度為17104m，其中，泵房及壓力水箱池底板下布樁551 根；前池翼墻底板下布樁360 根；攔污閘下布樁160 根，涵洞底板布樁441 根，出口翼墻下布樁326 根。

經(jīng)驗(yàn)算，處理后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值可以達(dá)到123kPa，詳見(jiàn)表2。

表2 地基處理計(jì)算成果表

3.2 沉降量

加固處理后的水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值可達(dá)123kPa，相當(dāng)于中等堅(jiān)硬的黏性土地基。按《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T50783）及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007）的沉降量計(jì)算要求，荷圩站各建筑物地基最終沉降量如式（5）：

式中：S—地基最終沉降量，mm；

ψs—經(jīng)驗(yàn)計(jì)算沉降系數(shù)；取0.5。

P0—基礎(chǔ)底面處的附加壓力（kPa）；

n—地基壓縮層范圍內(nèi)的土層數(shù)量；

Esi—第i 層土的壓縮模量值，MPa；

Zi、Zi-1—基礎(chǔ)底面至第i 層土、第i-1 層土底面的距離，m；

經(jīng)計(jì)算，泵站各部位地基沉降量計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 荷圩站各部位地基沉降量計(jì)算表

從表3 中可以看出，地基進(jìn)行加固處理后，各部位的最大沉降量為35mm，最小沉降量為21mm。

4 基底應(yīng)力復(fù)核

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）中的公式進(jìn)行地基承載力復(fù)核計(jì)算，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，考慮四種運(yùn)行工況，分別為完建期、設(shè)計(jì)抽排水位運(yùn)行期、最高水位運(yùn)行期和檢修期。

式中：

∑M—作用于基底面以上的全部水平和豎向荷載對(duì)于基底面垂直水流方向的形心軸的力矩（kN·m）；

∑G—作用于基礎(chǔ)底面以上的全部豎向荷載，KN；

W—基底面對(duì)于該地面垂直水流方向的形心軸的截面積（m3）；

A—基底面積（m2）。

根據(jù)上式計(jì)算，工程最大基底平均應(yīng)力發(fā)生在完建期為107.7kPa，最小基底平均應(yīng)力發(fā)生在設(shè)計(jì)抽排水位運(yùn)行期85.5kPa，經(jīng)過(guò)深層水泥攪拌樁處理后的復(fù)合地基承載力可達(dá)到123kPa，處理后的地基可以滿(mǎn)足工程對(duì)地基承載力的需求。

5 組合支護(hù)效果

為及時(shí)、準(zhǔn)確觀測(cè)工程沉降和水平位移情況，在攔污閘、泵室上下游墩墻和壓力箱涵出口上均布置了永久沉降和位移觀測(cè)點(diǎn)，工程完建并已安全運(yùn)行三年，通過(guò)定期觀測(cè)數(shù)據(jù)比較，建筑物基本未發(fā)生位移和沉降，可見(jiàn)水泥土攪拌樁地基處理方案是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的