立式混流排涝泵站水泥土搅拌桩复合地基设计

李海道

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635)

1 工程概况

某排涝泵站位于西江干堤内侧，主要功能是解决西江干堤内侧河道内涝水。排涝站厂房内安装3台立式混流泵，单台机组设计流量18m3/s，单台电机容量为2150kW，设计扬程为7.6m，最大扬程为13.7m。整个泵站枢纽由进水渠、拦污栅闸、进水前池、泵房、压力涵管、出水口闸室、消力池等组成。

工程于2010年9月份开始施工，2013年初工程完工。

2 厂房布置及地基情况

2.1 厂房布置

泵站厂房采用堤后半埋式，安装间位于主厂房的左侧，副厂房位于主厂房的下游侧。

主厂房的上游侧设有检修闸，闸孔数量为3孔，闸室平面尺寸(长×宽)23.05m×3.43m，闸室底板高程为-14.0m，闸顶高程为0m，检修闸与主厂房为整体结构。主厂房内安装3台立式混流泵，平面尺寸(长×宽)28.2m×12.90m，分4层布置，分别为发电机层、中间层、水泵层、流道层，相应的高程分别为：1.2m、-7.0m、-12.46m和-14.0m。主厂房建基面高程为-15.94m～-16.74m。

安装间位于主厂房左侧，为1层框架结构。安装间地面高程为1.2m，平面尺寸(长×宽)8.4m×12.9m，层高16.4m，安装间与主机间设一道结构缝。副厂房和闸阀室布置在主厂房下游侧，为框架结构，共2层，平面尺寸(长×宽)28.2m×7.40m，上部为副厂房，下部为闸阀室，与主厂房为一个整体结构。

2.2 地基情况

泵站厂房位于鱼塘处，现状地面高程为-3.5～1.0m，地层分别为素填土、粉质粘土、淤泥质土、淤质粉细砂、土夹砂卵石及全风化土。主厂房基础位于淤泥质土层，基础下部淤泥质土层厚约7.7m。副厂房和安装间位于主厂房基坑开挖回填区，副厂房与主厂房为整体结构，安装间与主厂房之间设置一道结构缝。

各土层主要物理力学参数建议值见表1。

3 厂房基础设计

3.1 主厂房抗滑稳定及基底应力计算

主厂房在各工况情况下抗滑稳定及基底应力计算成果见表2。

主厂房基础所在淤泥质土地基承载力为70～90kPa，计算主厂房基底应力远大于该土层地基承载力，需要进行基础加固处理。

3.2 水泥土搅拌桩复合地基设计

(1)水泥搅拌桩承载力计算

搅拌桩桩径采用Ф600mm，单桩竖向承载力特征值按JGJ 79- 2012《建筑地基处理技术规范》规定的公式计算：

Ra=up∑qsiLi+αqpAPRa=ηfcuAP (1)

表2 主厂房抗滑稳定及基底应力计算成果

式中，fcu—与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值；η—桩身强度折减系数，采用0.3；qsi—桩侧第i层土的侧阻力特征值；qpk—极限端阻力标准值；up—桩身周长；Li—桩周第i层土的厚度；AP—桩端面积；α—桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40～0.60，选用0.5。

根据地质资料，淤泥质粉质粘土的桩侧摩阻力特征值为12kPa，淤泥质粉细砂为20kPa，桩端深入淤质粉细砂4m，桩端阻力100kPa。按平均桩长13.8m，经计算单桩竖向承载力特征值为278kN。结合已建工程实测资料，桩身90天强度采用2MPa，单桩竖向承载力为169kN。单桩竖向承载力取桩体承载力和桩身混凝土强度确定的承载力二者的小值，单桩竖向承载力特征值取Ra=169kN。

复合地基面积置换率按JGJ 79- 2012规定公式计算：

(2)

式中，fsp，k—复合地基承载力特征值；β—桩间土承载力折减系数，采用0.7；fs，k—桩间土承载力特征值。

经计算，搅拌桩采用正方形布置，桩间距为0.8m，水泥土搅拌桩复合地基承载力为300kPa，满足地基承载力要求。

(2)复合地基沉降计算

根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》，需要分别计算复合地基及下卧层两部分沉降量。经计算，复合地基部分沉降量为28mm，下卧层部分沉降量为33mm，两部分总沉降量为61mm，小于规范要求的150mm，采用的复合地基满足规范要求。

4 厂房基础沉降观测

4.1 监测点布置情况

对主厂房4个角点布置4个监测点，对安装间布置4个监测点，8个监测点布置如图1所示。

图1 主厂房及安装间监测点布置图

4.2 监测结果

从2012年7月份(土建主体工程完工)开始对新泵站主厂房及安装间(1.2m高程)进行观测，精度采用2等水准观测。截至2017年3月6日共观测34次，观测数据详见表3。

表3 各监测点观测数据

图2 主厂房A4点沉降曲线图

图3 安装间A5点沉降曲线图

4.3 监测成果分析

由表3可知，主厂房A4点和安装间A5点沉降量最大，这2个沉降点沉降曲线如图2和图3所示。主厂房A4点总沉降量为45.61mm，在2014年2月沉降量为41mm，占总沉降量约90%，总沉降量小于理论计算量61mm，说明本工程主厂房采用水泥土搅拌桩复合地基满足设计及规范要求。安装间安装间基础采用回填50%砂+50%碎石，并分层碾压密实，A5点总沉降量为118.71mm，在2015年5月沉降量为95mm，占总沉降量约80%，总沉降量小于规范规定值150mm，满足设计及规范要求。

5 结论及建议

本排涝泵站对淤泥质土层采用水泥土搅拌桩复合地基加固，通过理论计算及完工后实时沉降监测对比，表明采取水泥土搅拌桩复合地基加固方案可满足对基础承载力及沉降要求，处理措施是成功的、经济的、合理的。在此提出以下建议，可为同类型排涝泵站设计提供参考。

(1)由于本工程为大型排涝泵站，机组采用立式混流泵，厂房基础埋深较大，导致机组联动转轴较长(约12.5m)，对厂房基础不均匀沉降要求高。采用水泥土搅拌桩复合地基加固基础，加固后基础均会存在沉降或不均匀沉降，如工程工期允许，建议优先完成厂房土建主体工程，推迟1～2年后再进行机组安装，避免因为基础不均匀沉降导致机组无法运行，需拆除机组重新安装。

(2)本工程安装间与主厂房之间设置一道结构缝，由于采用不同基础处理措施导致出现不同沉降，安装间沉降将影响天车轨道，建议对安装间采用与主厂房相同基础处理措施，减少安装间与主厂房之间沉降差，同时天车轨道螺栓设计时应预留一定调整长度，如出现沉降差影响天车使用，可对天车轨道进行调整。

(3)建议厂房上游进水池两侧翼墙采用与主厂房相同基础处理措施，减少翼墙与主厂房之间的沉降差。