大套一站更新改造工程站身地基处理设计

刘俊锋

（盐城市水利勘测设计研究院 盐城 224002）

大套一站更新改造工程站身地基处理设计

刘俊锋

（盐城市水利勘测设计研究院 盐城 224002）

大套一站更新改造工程地基勘探范围内存在两层软弱下卧层，地基处理方案的确定必须充分考虑软弱下卧层的影响。本文首先对不同地基处理形式可行性进行比选，并对灌注桩方案和沉井方案不同底高程进一步比选，最后从投资及防渗作用综合考虑确定采用沉井方案。

地基处理 灌注桩方案 沉井方案 承载力

1 工程概况

大套一站设计流量50m3/s，是集灌溉、排涝、降渍等多功能于一体的水利工程，位于江苏省盐城市滨海县大套乡永华村境内，北距废黄河约3km、东距通榆河约2km。工程经多年运行，老化严重。经方案比选确定采用在老站下游51.25m移址新建一座泵站，机组进水型式采用肘形进水流道，出水型式采用虹吸出水流道，真空破坏阀断流。新建泵站中心线与现状河道中心线一致，站内布置1650ZLB10-7型立式轴流泵配TL1000-24同步电机5台套。站身底板顺水流向长31.5m，垂直水流向长27.0m。单台机组泵室净宽均为4.2m，水泵叶轮中心安装高程均为-3.5m，站身底板底高程-7.9m。

根据《大套一站更新改造工程地质勘察报告》，站身底板位于第4层淤泥质（粉质）粘土，含水量高，孔隙比大，属高压缩性土层，地基承载力不能满足设计要求，且勘区范围内，第9层粉质粘土与壤土互层与第14层淤泥质粉质粘土为软弱下卧层，该工程需做地基处理，并充分考虑软弱下卧层的影响。

2 基本资料

2.1工程地质

拟建泵站地处滨海相沉积平原地貌单元，泵站附近自然地面高程在3.5m左右，根据土层的工程性质差异，分为17个工程地质层，地层结构及物理力学性质见表1。

表1 各土层承载力特征值的建议值

2.2站身稳定计算

站身稳定计算成果见表2。

表2 站身稳定计算成果表

3 地基处理设计

站身底板底高程-7.9m，位于第4层淤泥质（粉质）粘土，地基承载力较低，不满足设计要求，需进行加固处理，考虑采用水泥搅拌桩、换填水泥土、钻孔灌注桩方案、沉井基础进行比较。

3.1水泥搅拌桩方案

水泥搅拌桩间距采用0.8～2.0m，底板尺寸27 m× 32m，初步选定搅拌桩桩径60cm，间距0.8m，桩长10.0m，水泥掺入比18%。

加固土体强度fcu，k=1.0MPa，桩土面积置换率m=0.44，单桩竖向允许承载力Rkd=98.9kPa，经计算复合地基承载力fsp，k=154kPa＜175kPa，故水泥搅拌桩方案不能满足设计要求。

3.2换填水泥土方案

换填2.1m厚1∶8水泥土，垫层底面标高-10.0m，位于第7层轻粉质砂壤土，其承载力特征值fak=140kPa。换填水泥土方案地基承载力满足设计要求。

由沉降计算可知换填水泥土方案站身中心点沉降为35.4cm，大于《水闸设计规范》规定，即最大沉降量不宜超过15cm。故换填水泥土方案不适宜。

3.3灌注桩方案

根据站身稳定计算成果表可知，站身最大竖向力标准值为151056kN，出现工况为完建期；站身最大水平力标准值为20488kN，出现工况为校核工况，同时结合地质情况分别选择13层、15层作为桩端持力层进行灌注桩设计。

3.3.1选定13层为桩端持力层方案

（1）水平承载力复核

由“m”法计算，考虑群桩效应φ80cm单桩水平承载力为120kN布桩时，可以控制桩顶位移不超过0.5cm，故根据水平承载力，需布置基桩根数n=170.7根。

（2）竖向承载力复核

经试算，确定桩底高程高程-27.0m，此时单桩竖向承载力特征值869kN，基桩根数为180根，其中顺水流方向布置15根，垂直水流向布置12根。

（3）软弱下卧层验算

桩底高程-27.0m，位于第13层粉（细）砂，地基承载力特征值fak=160kPa，地基土压缩模量Es1-2=7.0（MPa）。第14层为淤泥质粉质粘土，地基承载力特征值fak=60kPa，地基土压缩模量Es1-2=2.8（MPa），为相对软弱下卧层，经验算，软弱下卧层承载力不能满足设计要求。

故选定13层为桩端持力层、桩底高程-27.0m的灌注桩方案不能满足设计要求。

3.3.2选定15层为桩端持力层方案

第15层为粉砂夹杂粉质粘土，层顶标高-36.38m，根据基桩的要求，桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d，即桩底高程为-37.98m，取桩底高程-38.0m。

（1）水平承载力复核

根据水平承载力需布置基桩根数n=165根，其中顺水流向15根，垂直水流向11根，此时单桩水平承载力为124kN。

（2）竖向承载力复核

1）桩顶作用效应计算

轴心竖向力作用下：Nk=915kN

偏心竖向力作用下：Nikmax=1188kN

2）桩基竖向承载力计算

桩周软弱土层下限深度取桩顶-7.9m至第11层层顶-17.9m，并根据持力层性质，确定中心点深度比ln/l0=0.6，取桩身中性点以上侧阻力为零。经计算，单桩竖向承载力特征值Ra=1393kN。

Nk=915≤1393kN，且Nkmax1188≤1672kN，单桩竖向承载力满足设计要求。

故选定15层为桩端持力层，桩底高程-38.0m灌注桩方案满足设计要求。

灌注桩方案投资概算605.88万元。

3.4沉井方案

第7层轻粉质砂壤土，第8层粉质粘土，第9层粉质粘土与壤土互层，承载力特征值建议值分别为140kPa、130kPa、80kPa，本次设计将沉井底高程分别置于-11.0m、-13.0m、-14.0m进行方案比选。不同沉井底高程完建期站身稳定计算成果见表3。考虑软弱下卧层承载力，沉井底采用钢筋混凝土封底，沉井内不填土。

表3 不同沉井底高程沉降计算成果表

考虑刚度调整进行沉降计算，计算断面选在底板中央，选取3个点进行沉降计算，即两端点和中心，分别为S1、S2、S3。

由沉降计算结果，沉井底高程-14.0m，最大沉降量为11.8cm，沉降差2.3cm，满足规范要求。并经计算沉井下沉系数，持力层承载力均满足设计要求。沉井地基处理方案投资概算258.53万元。

4 结论

根据上述分析，该工程站身地基处理可采用灌注桩方案和沉井方案，但灌注桩方案工程投资605.88万元，沉井方案工程投资258.53万元。相比灌注桩方案，沉井方案工程投资较省，且沉井基础具有较好的防渗作用，故确定采用沉井方案，沉井底高程-14.0m，沉井底采用钢筋混凝土封底，沉井内不填土■