西岸泵站地基处理方案优选及应用

胡伟贤

摘要：综合考虑佛山市南海区西岸泵站工程地质条件、上部结构特点、施工条件、环境保护和运行要求等因素，初选Ф400预应力砼管桩复合地基+钢板桩截渗及Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗两种地基处理方案。通过技术经济分析和对比，最终确定Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗处理方案为本工程的地基处理方案。

Abstract： This paper comprehensively considers the engineering geological conditions， the upper structure characteristics， construction conditions， environmental protection and operation requirements and other factors of the pumping station of the west bank located in Nanhai District， Foshan City. Two kinds of ground treatment schemes of Ф400 prestressed concrete pipe pile composite foundation + steel sheet pile seepage and Ф500 cement mixing composite foundation + cement mixing pile seepage are selected. Through the technical and economic analysis and comparison， the treatment scheme of Ф500 cement mixing composite foundation + cement mixing pile seepage is eventually determined to be the ground treatment scheme of this project.

关键词：泵站；复合地基；水泥搅拌法

Key words： pump station；composite foundation；cement mixing method

中图分类号：TV553 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）05-0131-03

0 引言

排涝泵站能够有效提高河网的排涝能力，降低平原河网区的洪涝水位，减轻受灾损失。作为城市防汛体系的重要组成部分，排涝泵站的建设得到各级政府的大力支持。实践表明，大部分排涝泵站的破环或失事是由于地基缺陷或基础设计不妥而造成的。因此在排涝泵站设计中，尤其要重视地基处理设计。综合考虑佛山市南海区西岸泵站工程地质条件、上部结构特点、施工条件、环境保护和运行要求等因素，通过技术经济分析和对比，择优选择满足工程设计要求的地基处理方案。

1 工程概况

西岸泵站为中型泵站，按照10年一遇24h设计暴雨1天排完且最高控制内涌水位2.0m（珠基）排涝标准设计，设计流量20m3/s。泵站选装5台1200ZLQ-85型立式轴流泵，配用5台YL-560-12（TH）型立式异步电动机，设计扬程工况下单泵装机流量4.16m3/s，总装机流量20.8m3/s，单泵装机容量为400kW，总装机容量为2000kW。工程永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物为4级。工程所在地抗震设防烈度为7度。泵站建筑物按进出水口方向顺序布置为：内引涌、内涌清污闸、内涌进水池、泵房、外江出水涵洞、外江防洪闸、外江护坦、外江护底及防冲槽。工程建基面位于松软地基上，需采取地基加固措施。

2 工程地质

经钻孔揭露，场地地基由人工填土（QS）和第四系河流相冲积层（Qal）组成，未揭露至风化基岩。在钻探深度范围内，自上而下共分4层，分述如下：

①筑填土：层厚3.60～9.50m。土层呈土黄、灰黄等色，很湿～饱和，以粉土或粉质粘土混少量砂粒等回填为主，粘性弱，稍压实。主要物理力学指标平均值为：天然含水率Wo=25.2%，天然密度ρo=1.93g/cm3，壓缩模量Es=4.91MPa，直接快剪试验：凝聚力C=24.5kPa、摩擦角Ф=12.4°。承载力特征值fak=241kPa。

②淤泥质土，局部软塑状粉质粘土：厚度0.60～6.20m。土层呈深灰色，饱和，流塑，多含砂，夹粉砂薄层，局部为软塑状粉质粘土。主要物理力学指标平均值为：天然含水率Wo=42.6%，天然密度ρo=1.74g/cm3，压缩模量Es=3.16MPa，直接快剪试验：凝聚力C=7.6kPa、摩擦角Ф=4.3°，慢剪试验：凝聚力C=30.7kPa、摩擦角Ф=17.7°。承载力特征值fak=60kPa。

③粉细砂：厚度2.80～21.50m。呈深灰色、灰色，饱和，稍密～中密，级配不良，颗粒均一。多含淤泥质，局部夹淤泥质土薄层。主要物理力学指标平均值为：天然含水率Wo=25.7%，天然密度ρo=1.91g/cm3，压缩模量Es=13.49MPa，直接快剪试验凝聚力C=9.4kPa、摩擦角Ф=28.0°。承载力特征值fak=125kPa。当发生地震烈度7度时，第③层粉细砂可能会产生轻微的液化。

④中砂：揭露厚度3.70～22.00m。呈深灰色、灰色，饱和，中密为主。级配不良，偶含细砾。多含淤泥质或夹淤泥质土薄层。主要物理力学指标平均值为：天然含水率Wo=19.1%，天然密度ρo=1.96g/cm3，压缩模量Es=9.09MPa，直接快剪试验凝聚力C=7.2kPa、摩擦角Ф=32.1°。承载力特征值fak=150kPa。

3 地基的使用要求及验算

地基应满足承载能力、稳定和变形要求。主要包括：①泵站地基满足渗透稳定要求；②泵站各建筑物地基承载力满足要求；③主要建筑物（泵房、出水涵洞、外江防洪闸）满足地基允许沉降量及沉降差要求；④主要建筑物抗震要求。

3.1 地基渗透稳定验算

规范[1-2]要求渗径中水平段和出口段的渗流坡降满足允许渗流坡降值要求。采用改进阻力系数法进行渗流计算，出口段渗流坡降0.175～0.295，小于规范[1]要求的0.30；水平段渗流坡降0.049～0.083，某些工况下不满足规范[1]要求的0.07，需对地基防渗处理。

3.2 地基承载力验算

规范要求[1-2]建筑物基础底面平均基底应力不应大于地基允许承载力，最大基底应力不应大于地基允许承载力的1.2倍。按规范[1-3]公式对各建筑物基础底面应力进行计算，结果见表1。出水涵洞及外江防洪闸地基承载力不满足要求，需作工程处理。

3.3 地基变形要求

参考规范[1，4]对地基变形允许值要求，工程主要建筑物允许沉降量不大于100mm，允许沉降差不大于30mm。

3.4 抗震要求

规范[2]要求对有可能发生液化的土层进行处理。泵房建基面位于第③层粉细砂层，需采取措施。

4 地基处理设计

4.1 地基处理方案初选

工程地基处理设计需解决出水涵洞及外江防洪闸地基承载力不足、截渗及防止地基液化的问题。土质地基常用的处理方法有换填垫层法、强力夯实法、振冲法、水泥土搅拌法、桩基础、沉井基础等。出水涵洞及外江防洪闸建基面下方有2.5m～4m的淤泥质土层，换填垫层法、强力夯实法、振冲法对于此种地基的处理不适用，沉井基础造价过高。常用的桩基础有预应力砼管桩及钻孔桩。钻孔桩与预应力砼管桩相比，造价较贵，施工周期较长，桩身质量不易保证，且有泥浆排出污染环境，因此初拟Ф400预应力砼管桩复合地基+钢板桩截渗及Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗两种地基处理方案进行比较。

4.2 地基处理方案比选

Ф400预应力砼管桩复合地基+钢板桩截渗方案利用管桩加固出水涵洞及外江防洪闸地基，提高承载力，钢板桩截渗及对泵房地基围封加固处理。Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗方案利用水泥搅拌桩加固出水涵洞及外江防洪闸地基，提高承载力，密排水泥搅拌桩截渗及对泵房地基围封加固处理。两种方案的技术比较见表2，经济比较见表3。在工期允许情况下，综合考虑施工条件、对环境影响及工程造价等因素，认为Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗处理方案较适用于本工程。

4.3 地基处理设计

工程地基处理方案选用Ф500水泥攪拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗。搅拌桩一般采用柱状、壁状、格栅状和块状四种布桩形式。根据工程地质条件及上部结构荷载要求，加固地基用搅拌桩，出水涵洞1、出水涵洞2、外江防洪闸采用柱状布置，出水涵洞3采用壁状布置。设计桩长均为9m，出水涵洞1桩间距1250mm×1250mm，出水涵洞2桩间距1000mm×1000mm，出水涵洞3桩间距1000mm×500mm，外江防洪闸桩间距800mm×800mm。截渗及围封用搅拌桩采用双排壁状布置，桩间距400mm，在外江防洪闸与出水涵洞、出水涵洞与出水涵洞间共布设3道水泥搅拌桩截渗墙，设计桩长9m，在泵房地基四周设1道水泥搅拌桩围封，设计桩长7m。

4.4 地基承载力及变形复核

对采取上述方案加固处理的地基进行承载力及变形的复核计算。

4.4.1 单桩承载力特征值计算

单桩承载力特征值按规范[5]公式计算，取桩周土和桩端土抗力提供的单桩承载力和桩身材料强度确定的单桩承载力中的小值，为65kN。

4.4.2 搅拌桩复合地基承载力复核

按规范[5]公式计算水泥搅拌桩地基处理方案的复合地基承载力，计算结果见表4。

4.4.3 搅拌桩复合地基变形复核

按规范[5]公式计算水泥搅拌桩地基处理方案的地基变形，计算结果见表5。

综上，经处理后的地基满足工程要求。

5 结语

Ф400预应力砼管桩复合地基+钢板桩截渗方案及Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗方案对本工程的地基处理均有较强的适用性，均能很好解决工程地基处理设计中地基承载力不足、截渗及防止地基液化的问题。

工程在工期允许情况下，优选在工程造价、维持地基整体性、减少对附近居民影响等方面有明显优势的Ф500水泥搅拌桩复合地基+水泥搅拌桩截渗方案。从价值工程角度，该方案在中小型水利工程中有广泛的应用价值。

参考文献：

[1]SL265-2001，水闸设计规范[S].

[2]GB/50265-2010，泵站设计规范[S].

[3]GB/50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[4]GB/50108-2008，地下工程防水技术规范[S].

[5]JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].