华城排涝泵站新旧场址比较

李佳文

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510170)



华城排涝泵站新旧场址比较

李佳文

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510170)

工程在实施过程当中由于原泵址沿线房屋较密集，地质条件复杂，施工难度较大，工程造价费用增加，造成原定站址建站方案难以实施。华城排涝泵站原旧址拆除重建由于附近房屋密集，地质条件复杂，施工难度较大，现将移址新选排涝泵站场址。通过新旧泵站的泵房、跨堤涵管、出水口段的工程地质条件作相应比较，综合比较新场址地质条件好，推荐选用新场址。

工程地质；泵址；特性；地质评价

1　概　述

华城排涝泵站位于五华县华城镇的五华河、潭下河、乌陂河三河交汇的涝区处，涝区总集雨面积9.0 km2。由于原排涝泵站年久失修，不能满足正常的汛期排涝要求，为解决涝区涝灾严重问题，计划原华城排涝泵站将原址拆除重建。拟建排涝泵站布置紧靠五华河防洪堤，泵站采用堤后式厂房，其纵轴线垂直于河道防洪堤，泵站采用正向进、出水方式，依次布置前池、泵房、跨堤涵管及出水口段。工程等级为Ⅲ等，泵站主体及自排闸及别为3级，防洪标准按30 a一遇洪水设计。

但工程在实施过程当中由于原泵址沿线房屋较密集，地质条件复杂，施工难度较大，工程造价费用增加，造成原定站址建站方案难以实施。为确保华城涝区整治工程的成效，有效解决华城涝区的内涝问题，应业主的要求，决定对华城排涝泵站场址进行变更选址。新选场址位于原址紧靠五华河上游500 m处。

2　工程地质概况

2.1地形地貌

区域范围地貌主要为丘陵、山麓斜坡堆积地貌和山前平原。区域内主要分布有两大河流，一条为走向为北西～南东向的五华河；另一条为走向西南～东北向的琴江河。区域地面高程在100～180 m，地表植被发育一般。

新旧泵站场址区主要位于山前冲积平原中，地面高程在112.9～114.1 m，地面高程在112.0～119.6 m，地势较为平缓，泵站位置为河堤路，其中涵管段所跨五华河左岸堤顶高程为119.6 m，该段五华河河床底高程为106.5 m。

2.2岩土组成及特性

本次勘察分别在新旧泵站场址的泵房、跨堤涵管及出水口段相应部位布置了钻孔。(其中旧泵站场址布置机钻孔11个，合计孔深238.7 m；新泵站场址布置机钻孔9个，合计孔深180.5 m)根据地质测绘、钻孔揭露及各项试验统计，新、旧泵址场区地层分述如下：

2.2.1第四系(Q)

1)①层素填土(Qs)：褐红色、黄褐色，稍湿～湿，土质主要为粉质黏土，局部含砂砾、碎石，松散状，本层分布普遍，揭露层厚3.1～6.8 m，平均层厚4.6 m，层顶高层113.3～118.7 m，层底高程110.2～114.5 m。中等压缩性，经现场注水试验为弱～中等透水性。

2)第四系冲积层(Qal)，按其土质及砂质颗粒成分分为4个工程地质层：

②层粉质黏土：褐黄色，可塑，黏性差，局部夹杂薄细砂层，揭露层厚1.3～6.3 m，平均层厚3.5 m，层顶高程107.9～114.5 m，层底高程105.1～110.3 m。呈中等压缩性，极微透水性，承载力特征值为120～140kPa，其平均饱和快剪Cq=6.0kPa，φq=9°，摩擦系数约0.25～0.30。

③-1细砂层：灰褐色、灰色，饱和，松散～稍密，含泥质5%～10%，该层各钻孔内均有有揭露，揭露层厚0.5～3.2 m，平均层厚2.1 m，层顶高程107.0～110.8 m，层底高程106.7～108.1 m。呈中等透水性。承载力特征值为160～180kPa，摩擦系数约0.40～0.45。

③-2中粗砂层：褐黄色、土黄色，饱和，稍密～中密，局部含砾砂、圆砾、卵石，含泥质10%左右。该层在钻孔中均有揭露，揭露层厚0.5～3.2 m，平均层厚2.6 m，层顶高层105.1～108.7 m，层底高程102.0～109.0 m。呈强透水性。承载力特征值为200～250kPa，摩擦系数约0.45～0.50。

③-3砂卵砾石层：灰色、灰白色，饱和，稍密～中密，卵砾含量40%～50%，粒径1～6cm，磨圆度一般，分选性较差。该层在工程区普遍揭露，揭露厚度2.6～10.0 m，平均层厚6.5 m，层顶高程102.0～109.9 m，层底高程96.9～101.6 m。呈强透水性。承载力特征值为350～400kPa，摩擦系数约0.50～0.55。

2.2.2基岩(PZ1)

此次勘察中在新、旧场址泵房处所布置的钻孔中有揭露，根据钻孔揭露岩层的风化程度不同，将该层分为V全风化带、IV强风化带，分述如下：

V全风化泥质砂岩：硬塑状态，岩芯呈土状，质软，水浸散裂，原岩结构可辨，钻孔揭露层厚3.2 m，层底高程96.0 m。呈极微透水性。承载力特征值为200～250kPa，摩擦系数约0.35～0.40。

IV强风化泥质砂岩：褐黄色，湿，岩芯呈散体状，质软，手可掰断，原岩结构清晰，该层未揭穿，钻孔揭露厚度8.2 m。承载力特征值为400～500kPa。

新、旧泵站场址各部位工程地质条件分述见表1。

表1　新、旧泵站场址工程地质条件

2.3水文地质条件

场区地下水类型主要为松散层孔隙潜水。潜水层主要分布在河流冲洪积形成的砂层、卵石层中，水位受季节和天气的影响较大，主要依靠五华河河水地下径流及大气降水补给，受季节降水的影响，地下水位与地表水密切相关，随着地表水的变化而变化[1]。

为了解场区土层的透水性能，此次勘察中在新旧场址区钻孔中共进行注水试验5段，及结合室内渗透试验成果，综合统计各层土渗透性见表2。

表2　现场注水试验成果统计表　cm/s

3　旧场址工程地质评价

3.1泵站厂房工程地质评价

根据现场勘查，原泵房基础为人工砌筑的浆砌石平台，地表均为人工填土，由于修筑年代过久，浆砌石平台已开裂、损坏严重，砌石间水泥砂浆脱落，局部见有宽度约2cm的裂缝。拟建泵站位于原泵站附近位置，根据钻探资料，泵站土层自上而下主要为人工填土，粉(砂)质黏土，细砂，中粗砂，砂卵砾石，泥质砂岩风化层。

①层人工填土层：多为表层耕植土及渠道挖方段两侧堆土，土质不均匀，未完成自重固结，不宜作为持力层；

②粉质黏土层：承载力特征值建议为100kPa～120kPa，承载力相对较低，易沉降，故不宜作为持力层；

③-1层细砂层：承载力较低，且含泥质，层面不稳定，不宜作为持力层；

③-2层中粗砂层：承载力特征值建议为250 kPa ～300 kPa，厚度小，不宜作为持力层；

③-3层砂卵砾石层：承载力特征值为350 kPa～400 kPa，且厚度大，宜作为持力层；

V层全风化泥质砂岩层：为岩体表层泥质风化层，厚度较薄，承载力特征值为200 kPa～250 kPa；

IV层强风化泥质砂岩：岩体承载力相对较高，承载力特征值建议为400kPa～500kPa，可作为桩端持力层；

由于拟建泵站为小型输水泵站，对地基承载力的要求相对较低，综合考虑建议拟建泵站地基加密处理，可采用换土垫层处理或旋喷桩处理；同时采用预制桩以③-3砂卵砾石层作为桩端持力层。

3.2跨堤涵管工程地质评价

该段堤顶高程为118.8 m，堤身填土层厚4.8 m，由于该段涵管穿堤段考虑涵管离堤顶较深(最深达9.6 m)，同时堤顶公路为区内的主要交通要道，日常行车量较大，堤内房屋密集(离最近管线距离2.5 m)建议采用顶管施工方式。

3.3出水口段工程地质评价

旧泵站出水涵闸、消力池地基主要为③-1细砂层和③-2中粗砂层，其抗冲能力差，易发生渗透破坏，建议对砂层进行加密处理，可采用换土垫层或旋喷桩地基处理，在渗流出水口处设置滤层，消力池设排水孔，为防止五华河塌岸对消力池影响，建议消力池出水口设置防冲墙。浆砌石护坦可采用③-3砂卵砾石层为天然地基持力层。两侧修重力式挡墙护岸[2]。

4　新场址工程地质评价

4.1泵房工程地质评价

新场址泵站厂房位置现为水田，地面高程约114.8 m，地势较为平整，泵房土层自上而下主要为，粉土、黏土，中粗砂，砂卵砾石，泥质砂岩风化层等。

②黏土层：承载力特征值建议为120kPa～140kPa，可作为天然地基持力层；

③-2层中粗砂层：顶面埋深4.9～6.3 m，不宜作为天然地基持力层，承载力特征值建议为250 kPa ～300 kPa；

③-3层砂卵砾石层：顶面埋深4.9～6.3 m，可作为桩基持力层，承载力特征值为350 kPa～400 kPa；

V层全风化泥质砂岩层：顶面埋深13.7～14.9 m，可作为桩基持力层，预制桩端阻力特征值建议为qpa=2000～2500kPa；

IV层强风化泥质砂岩：可作为桩基持力层，预制桩端阻力特征值建议为qpa=3000～3500kPa；

考虑泵站厂房对地基承载力的要求相对较低，综合考虑新场址泵房地基采用桩下条形基础或十字交叉梁基础，同时采用预制桩以③-3砂卵砾石层作为桩端持力层也是可行的。

4.2跨堤涵管工程地质评价

该段堤顶高程为119.3 m，堤身填土层厚4.8 m，涵管两端地势较低，涵管埋深较浅，涵管附近主要为耕地，地下水位较低，根据涵管与邻房和道路较近的情况，建议采用拉森钢板桩支护；建议该段涵管采用钻(冲)孔桩加内支撑支护。

4.3出水口段工程地质评价

出水口闸底高程110.0 m至河床底高程106.40 m相对高差3.60 m，坡角约30度。基础置于②粉土层，建议涵管出水口设置防冲墙，出水口采取必要的消能防冲设施。

5　新、旧泵站场址比较

工程部位旧泵站场址新泵站场址新、旧场址对比泵房建议拟建泵站地基加密处理，可采用换土垫层处理或旋喷桩处理；同时采用预制桩以③-3砂卵砾石层作为桩端持力层。 建议泵站地基采用桩下条形基础或十字交叉梁基础，同时采用预制桩以③-3砂卵砾石层作为桩端持力层。 新、旧泵站泵房两场址地质条件相差不大，但考虑如在旧场址应拆除原旧泵房基础才能进行泵房基础处理。

跨堤涵管堤内房屋密集(离最近管线距离2.5 m)建议采用顶管施工方式。 根据涵管与邻房和道路较近的情况，建议采用拉森钢板桩支护；建议该段涵管采用钻(冲)孔桩加内支撑支护或新、旧泵站场址跨堤段地质条件相差无异，但旧场址紧临民房，该段施工需采用顶管施工方式，相对于其它支护方式费用较高。

出水口段建议对砂层进行加密处理，浆砌石护坦可采用③-3砂卵砾石层为天然地基持力层。两侧修重力式挡墙护岸。 基础置于②粉质黏土层，建议涵管出水口设置防冲墙，出水口采取必要的消能防冲设施。 新泵站场址出水口段位置为河道一级阶地，地势较缓，地层为②粉质黏土层，只需作防冲处理。相对于旧泵站场址出水口段直接与河水相切割，且地层为③-2中粗砂层，抗冲能力差，需进行加密处理。

通过对华城泵站新、旧场址的工程地质勘察，分别对两个场址的泵房、跨堤涵管段及出水口段的工程地质条件进行逐一分析比较，见表3。

表3　新旧泵站场址工程地质条件简评

综合以上对比，旧场址泵房基础应拆除原旧泵房基础；跨堤涵管段旧场址采用顶管支护费用较高；旧场址出水口段基础需进行加密处理。推荐选用新选泵站场址。

该工程选用新泵站场址在通过水利厅审查后，工程正处理施工阶段，目前施工进展顺利。

[1]袁尧,刘超.蚁群算法在泵站单机组优化运行中的应用[J].水力发电学报，2013(01)：32-34.

[2]尹富荣.大型组合泵站的一体化设计[J].中国给水排水，2003(03)：56-58.

1007-7596(2016)06-0087-04

2016-05-24

李佳文(1979-)，男，广东兴宁人，工程师，研究方向为水利水电工程地质。

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