排涝泵站地基承载力特征值的确定及地基处理设计

伍美华

（杭州水利水电勘测设计院有限公司，杭州浙江310020）

排涝泵站地基承载力特征值的确定及地基处理设计

伍美华

（杭州水利水电勘测设计院有限公司，杭州浙江310020）

在详细分析排涝站工程地质以及工程区地基承载力的的基础上，比较分析换填法、预压法、深层水泥搅拌法及钻孔灌注桩法等多种软土地基加固方法，通过计算表明，钻孔灌注桩加固后的复合地基可满足建筑设计要求，最终确定钻孔灌注桩法为本工程的地基加固方法。

泵站；排涝；软土地基；地基承载力；钻孔灌注桩

随着城市建设及道路整治等工程项目的实施，区域排水设施得到不断完善，但由于局部地区地势低洼、排水设施设计标准偏低、雨水管网破损淤积、雨水管网出口高程低于河道常水位等原因，在大暴雨情况下仍有一些区域存在不同程度的积水现象，形成易涝点。而城市部分河道容积小、泄洪慢，汇水能力不足，延长了涝区淹没时间。排涝泵站的实施能够有效提高城市区域河网的排涝能力，降低平原河网洪涝水位，减轻城区受灾损失。

软土地区地基承载力低，在认真调查地质情况下，综合分析各种地基处理方法，择优选择以满足设计要求。通过某中型排涝泵站地基承载力特征值计算，说明软土地基的加固设计。

1 工程概况

某排涝泵站为中型泵站，设计排涝流量15m3/s，设3台潜水立式轴流泵，单泵流量5m3/ s（配套电机220kW）。泵站采用地下式潜水泵站，总宽14.7m，总长25m，由南向北依次布置拦污栅、进水流道检修门槽、泵室、拍门检修门槽。排涝闸净宽15.0m，采用翻板式钢闸门。工程平面上采用泵站与闸站合建型式，即一字型布置，见图1。

2 工程地质条件

根据工程地质勘察得出地质情况，工程区各岩土层的岩性特征自上而下，见表1。

3 地基承载力特征值

根据规范［1-2］，排涝站基底应力计算公式为：

∑G—作用于排涝站基础底面以上的全部竖向荷载（包括泵房（闸室）基础底面上的扬压力在内，kN）；

A—排涝站基础底面面积（m2）；

∑Wx、Wy—作用于排涝站基础底面以上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩（kN·m）；

∑Wx、Wy—排涝站基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩（m3）。

基底应力计算工况如下：

（1）完建工况；排涝站上、下游无水；

（2）设计工况：外江30年一遇洪水位5.65m，内河常水位4.50m；

（3）校核工况：外江100年一遇洪水位5.80m，内河常水位4.50m。

排涝站基底应力计算成果见表2、3。

图1 排涝泵站横断面图

表1 土层分布及物理力学指标

表2 闸室基底应力计算成果表

表3 泵室基底应力计算成果表

根据规范，土基上的闸室（泵房）稳定应满足下列要求：在各种计算情况下，闸室（泵房）的平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。根据地质提供资料，排涝泵站基础为淤泥，其承载力标准值f k= 50kP a，从计算结果表中可知，排涝泵站最大基底应力118.55kP a＞60 kP a（1.2倍地基承载力特征值），平均基底应力35.54～95.34kP a，不满足地基承载力特征值＞50kP a的要求，必须采取工程措施对地基进行处理。

4 地基处理设计

排涝泵站基础为淤泥及淤泥质粉质粘土，其地基承载力标准值不能满足建筑物要求，必须对地基进行加固处理。

4.1 地基处理方案比较

根据《建筑地基处理技术规范》，软土地基加固的方法主要有换填法、预压法和复合地基，复合地基包括深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩等。

（1）换填法：换填法先将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除，然后分层回填较好的砂石、灰土、碎石、粉煤灰等［3］，适用于垫层厚度在0.5～3.0m。由于本工程地基淤泥质土层较厚，换填法工程量大，难以实施。

（2）预压法：对大面积厚层软土地基，可采用砂井预压、真空预压、堆载预压等措施，以加快地基排水固结，提高其抗剪强度［4］。预压法加固地基需考虑预压施工对邻近建筑物、地下管线等产生附加沉降的影响［5］。本工程地基为透水性较差的淤泥质粘（粉土）土，且工程周围为民房和城市主干道，预压法不适用。

（3）深层水泥搅拌桩：利用水泥（石灰）等材料固化剂与软土进行强制搅拌，固化剂与软土发生一系列物理、化学反应后形成整体性、水稳性好和较高强度的水泥加固体，与天然地基形成复合地基。水泥搅拌桩对提高地基承载力和减小基础沉降有一定效果。但如果不进行前期的预压沉降处理，仅采用水泥搅拌桩进行地基处理很难满足规范对建筑物的沉降要求［6］。

（4）钻孔灌注桩基础：根据成孔方式不同可分为泥浆护壁成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩、套管成孔灌注桩、爆扩成孔灌注桩。灌注桩能适应复杂地层，但在软土地区易出现土层与底板脱空现象，这种情况可通过设置与底板刚性连接的防渗墙（高压旋喷桩防渗帷幕）或预留注浆管进行充填灌浆的措施来解决。

4.2 地基处理设计

本工程采用钻孔灌注桩进行地基加固处理。采用C 25钻孔灌注桩，直径80c m，桩长25～26.9m，按行列式排列。闸室底板桩间距3.3m×3.0m，共计48根桩；泵室底板桩间距2.9m×2.8m，共计45根桩。桩型为摩擦桩，持力层为含砂粉质粘土（承载力特征值为120kP a），桩底高程-26.4m，顶部嵌入底板10c m。

4.3 桩基承载力计算

根据规范［7］，单桩竖向极限承载力标准值按如下公式计算：

单桩竖向极限承载力特征值按如下公式计算：

式中：

Ra—单桩竖向承载力特征值（kN）；

qsik、qpk—桩周第i层土的侧阻力、桩端阻力极限标准值（kP a）；

Ap—桩底端横截面面积（m2）；

Qsik、Qpk—单桩总极限侧阻力、总极限端阻力标准值（kN）；

li—第i层土层厚度（m）；

up—桩身周长（m）；

K—安全系数，取K=2。

复合地基承载力特征值计算公式为：

式中：λ—单桩承载力发挥系数，取0.9；

β—桩间土承载力发挥系数，取1.0；

m—面积置换率，计算得m=0.0576；

fsk—处理后桩间土承载力特征值。

钻孔灌注桩单桩竖向承载力计算结果见表4。

根据泵站基底应力计算结果，各种荷载组合下泵房基底平均应力最大值为95.34kP a＜128.88kP a，基底最大应力118.55kP a＜154.66kP a（1.2× 103.64kP a），可见地基经钻孔灌注桩加固处理后可以满足要求。

表4 桩基承载力计算结果表

5 结语

在详细分析排涝站工程地质以及工程区地基承载力的的基础上，利用钻孔灌注桩加固地基形成的复合地基可满足建筑设计要求，说明钻孔灌注桩的端承和侧阻作用可以有效增强地基承载力，减少地基沉降变形。钻孔灌注桩复合地基可在水利工程地基处理中应用。

［1］GB/50265-2010.泵站设计规范［S］.

［2］SL265-2001.水闸设计规范［S］.

［3］唐安军，刘红.论水利工程常用地基处理方法［J］.水利规划与设计，2010（06）

［4］江正荣.地基与基础施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［5］J G J 79-2012.建筑地基处理技术规范［S］.

［6］吴雄远.沿海粉细砂泵闸地基处理设计［J］.甘肃水利水电技术，2014（04）：39-48.

［7］J G J 94-2008.建筑桩基技术规范［S］.

文献标识码： 文章编号：1672-2469（2015）05-0114-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.035

伍美华（1982年—），女，工程师。