高家强排站地基不均匀沉降分析与加固处理

郭永权

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

高家强排站地基不均匀沉降分析与加固处理

郭永权

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

高家强排站是大顶子山航电枢纽库区堤防工程中的穿堤建筑物。大顶子山航电枢纽建成蓄水后，方台镇的部分村屯和上千亩田地将被被淹。高家强排站承担着方台镇的部分村屯和农田的排水任务。文章根据高家强排站工程的勘察与设计实例，对高家强排站厂房地基产生不均匀沉陷的原因进行了分析，介绍了加固处理方案。

高家强排站;大顶子山航电枢纽;地基沉降;分析;加固处理

1 工程概况

高家强排站位于哈尔滨市呼兰区腰堡方台堤防桩号29+900附近，是大顶子山航电枢纽库区堤防工程中的1座穿堤建筑物。大顶子山航电枢纽建成蓄水后，方台镇的部分村屯和上千亩田地将被被淹。高家强排站承担着方台镇的部分村屯和农田的排水任务。

高家强排站建筑物等别为Ⅳ等，规模属于小⑴型，由引渠、前池、厂房、压力管道、出水池、海漫段等组成。设计流量为7.36 m3/s，安装5台700ZQB—70(132 kW)型潜水泵。

该工程于2006年5月开工，2007年7月完成土建工作。2008年5月泵站开始运行，2008年12月通过验收，2010年9月移交建设单位。

2 地基沉降概况

2006年7月开始浇筑基础底板混凝土，9月18日准备继续施工时观测发现基础有沉降，沉降范围在0.2～0.4 cm。2006年11月已完成厂房水泵层混凝土、挡土墙混凝土、出水池混凝土。

2006年11月对高家强排站厂房段进行了地质勘察，共布置钻孔4个，孔深15 m。

2007年3月16日至5月4日，采用基础灌浆及基础周围碎石振冲的方法进行基础处理。2007年7月泵房主体全部完工，2008年5月泵站开始运行。

2007年4月18日观测，沉降范围在1.3～2.0 cm;2007年10月11日观测，沉降范围在1.4～2.3 cm;2007年7月厂房主体工程全部完工，2008年5月强排站开始运行，2008年5月18日及10月21日2次观测，沉降范围在1.41～2.32 cm;厂房主体平稳，无继续沉降。

2009年4月，通过设计变更，将原电机层抬高至115.00 m，上下两层板通过墙体新增构造柱连接，构造柱间距1.8 m，于2009年8月完成，另外室内相应的控制装置也随之抬高，边排水边施工。2010年9月工程移交管理单位。

2010年10月观测厂房东侧沉降20 cm左右，东侧变压器部位发生地面沉降;2010年12月，在上游堤肩稍下部位形成水冲洞，原因是4#、5#两个输水管线中的一条出现问题产生泄漏。2011年2月观测厂房东西两侧高差为51 cm。

3 地质概况

强排站地处松花江左岸漫滩，地面标高为112 m左右，地形较平坦，地势低洼。勘探深度范围内，地层主要为第四系全新统冲积层(alQ4)，自上而下简述如下:

1)粉砂:灰色，饱和，松散;局部分布，厚1.1 m，层底深度4.6～5.5 m。

2)淤泥质土:灰色，湿，软塑－流塑;局部分布，厚度0.9～3.0 m，层底深度4.6～8.5 m。

3)粉砂:灰色，饱和，松散，分布连续。厚度0.9～4.7 m，层底深度9.3～9.5 m。

4)淤泥质土:灰色，湿，软塑;分布连续。厚0.4～1.0 m，层底深度9.7～10.4 m。

5)粉砂:灰色，饱和，松散。分布连续。厚1.6～2.1 m，层底深度11.8～12.5 m。

6)中砂:灰色，饱和，中密;局部分布，未揭穿，揭露厚度1.6～3.5 m。

7)粗砂:灰色，饱和，中密。局部分布，未揭穿，揭露厚度1.3～2.7 m。

8)圆砾:灰色，饱和，中密，局部分布，揭露厚度0.9 m。

地下水类型为松散层孔隙潜水，勘探期间水位为111.87～112.25 m，埋深＜1 m，含水层岩性为砂性土，水位随季节变化而变化，其年变化幅度为2.0～3.0 m，与松花江水联系密切。

各层土的承载力特征值(fаk)见表1。

表1 各层土承载力特征值一览表

4 不均匀沉降原因分析

4.1 地基土的差异性

根据地质勘察资料，设计建基面高程为106.9 m，基础座于Ⅰ层粉砂和Ⅱ层淤泥质土及Ⅲ层粉砂中，地基中的Ⅱ层淤泥质土为软弱层，承载力特征值为60 kPa，Ⅰ层粉砂和Ⅲ层粉砂虽岩性相同，但其承载力特征值亦不相同，分别为90 kPa和100 kPa。

地基各层土在平面上的分布也是不均匀的，厂房西侧中心点处基础座于Ⅰ层粉砂中，建基面以下厚0.84 m，其下为Ⅱ层淤泥质土，厚1.37 m，再下为Ⅲ层粉砂，厚1.45 m;厂房东侧中心点处基础座于Ⅰ层粉砂中，建基面以下厚0.49 m，其下为Ⅱ层淤泥质土，厚1.06 m，再下为Ⅲ层粉砂，厚2.38 m;厂房北侧中心点处基础直接座于Ⅲ层粉砂中，建基面以下厚3.95 m，未见Ⅰ层粉砂和Ⅱ层淤泥质土;厂房南侧中心点处基础座于Ⅰ层粉砂中，建基面以下厚0.27 m，其下为Ⅱ层淤泥质土，厚0.50 m，再下为Ⅲ层粉砂，厚3.12 m。

地基土主要为Ⅰ层粉砂和Ⅱ层淤泥质土及Ⅲ层粉砂，其承载力特征值相差较大，在平面上的分布极不均匀，因此，地基土力学性质的差异性和平面分布的不均匀性是产生不均匀沉降的内在因素。

4.2 地质勘察资料未得到足够重视

强排站工程施工之前，未进行专门的地质勘察工作，为抢工期抓进度，工程匆忙上马，强行施工，属于典型的“边勘察、边设计、边施工”三边工程。2006年11月完成厂房水泵层混凝土、挡土墙混凝土、出水池混凝土浇筑施工后，发现有不均匀沉降，在厂房外围补充进行了地质勘察工作。勘察报告主要结论为:厂房宜采用桩基础，以粗砂层为桩端持力层;若采用天然浅基础，Ⅱ层、Ⅳ层为淤泥质土承载力低且均匀性较差，容易产生不均匀沉陷。

不均匀沉降发生后，由于基础混凝土已经浇筑完成，受场地条件等因素制约，对地基进行加固处理方案的选择上受到一定的限制。当时对地基采用了挤密灌浆加固，并在厂房周围采用振冲碎石桩加固的方案。从加固效果来看，未能达到预期的效果［1］。

4.3 加固处理方案的适宜性

加固处理采用挤密灌浆及周围振冲碎石桩的施工方案，理论上粉细砂层和淤泥质土层的可灌性极差，不但灌浆效果难以保证，而且还容易对天然地基产生扰动和劈裂破坏，如果灌浆施工中工艺控制不好，反而会降低天然地基的强度。现在看来，在地基加固施工过程中，施工工艺控制较差，对天然地基产生了一定程度扰动和劈裂破坏［2］。

4.4 强排站排水运行产生的问题

2008年5月强排站开始排水运行，正常运行时，每天启泵1台4～5次，每次排水约1 h左右，冬季停泵，在第2年启泵前，出现室外水位高于室内电机层板，导致电机控制柜等设备被淹没等受损失较重。2009年4月，通过设计变更，将原电机层抬高至115.00 m，上下两层板通过墙体新增构造柱连接，构造柱间距1.8 m，室内相应的控制装置也随之抬高，边排水边施工。2010年10月厂房东侧变压器部位发现地面沉降，2010年12月，4#、5#两个输水管线中的一条出现问题产生泄漏，在上游堤肩稍下部位形成水冲洞。

堤外江水位与堤内水位差约4.0 m，地基中的粉砂层在动水压力作用下，产生了渗透变形破坏，其渗透变形破坏类型为流土［3］。

5 加固处理方案

国内外此类工程采取纠偏调平工程措施的实例较多，比较常用的是采用纠偏塔吊纠偏，然后进行挤密灌浆加固地基。最新的工程技术采用桩柱梁加千斤顶(或结合塔吊)纠偏，然后将灌注桩与调平的建筑物基础挂接或焊接形成桩基础。鉴于工程的实际情况，采用混凝土钢管桩加反力架钢梁的方案进行加固处理。

由于强排站厂房本身重量不大，因此采用厂房外设钢筋混凝土反梁，梁两端加钢管桩承担全部厂房重量。桩端进入粗砂层，不会因强排站工作运行而产生扰动。钢管桩用油压千斤顶施压，桩压力可控，桩入土深度亦可测，加固效果直观可靠，钢管内浇筑钢筋混凝土，钢管外壁刷防腐及防锈涂料，可保证其耐久性。

基础底面(标高107.6 m)以下至中砂层顶(标高99.85 m)的距离为7.75 m，至粗砂层顶(标高98.55 m)的距离为9.05 m，存在软弱的淤泥质土与粉砂，因此基础采用以粗砂层为桩尖持力层的桩基方案。采用混凝土钢管桩基础，将厂房的全部房屋设备标准荷重(约8 447 kN)由16根桩(每根桩承载力特征值500 kN)承担。桩尖持力层全部深入粗砂层0.5 m以上，从原电机层梁、板面(高程113.75 m)向下的桩长在14.7 m以上，施工压桩的桩长(从113.75 m为向下计算基准面)的最小长度为14.7 m，再向下由施工时承压千斤顶的压力Quk=1 000 kN控制，可达到24.7 m，施工按24 m考虑，实际施工按压桩力达到1 000 kN控制。

［1］王丽萍，李跃新.地基不均匀沉降的原因及防治［J］.科技信息:科学教研，2007(30):128.

［2］李哲，谢永利，白德容，严军，李旭.大型建筑物不均匀沉降机理及处置策略－－湿陷性黄土地基环境［J］.自然灾害学报，2003(04):171－174.

［3］何羽.地基不均匀沉降引起的病害及控制措施［J］.山西建筑，2011(07):77－78.

TU472

B

1007－7596(2014)07－0115－02

2014－01－08

郭永权(1963－)，男，黑龙江双城人，高级工程师。