西基排涝站泵房基础处理的设计计算及比选

戴俊

东莞市水利勘测设计院有限公司 广东 东莞 523000

1 工程概况

西基排站工程位于惠州市石湾镇，工程任务为排除区域涝水，保护区域在设计排涝标准内不受灾。排涝标准按10年一遇24h暴雨量一天排干，设计排涝流量为9.80m³/s，设计洪水标准为20年一遇。泵房为主要建筑物，设计长度为25.0m，宽度为21.30m，下部设计为箱体结构，上部设计为框架结构[1]。

2 工程地质

地层由上至下：素填土层，松散，由黏性土夹沙砾组成，成分不均匀。淤泥质土，流塑，干强度中等，韧性差，成分以粉黏粒为主。中砂，稍密为主，局部中密，含少量粗砂，颗粒不均，级配一般，粉黏粒含量较多。强风化泥质粉砂岩，风化不均匀，岩质软，易碎，呈碎石夹土状，为软岩。

表1 各土层物理参数建议值

3 泵房基础处理

经分析计算，泵房基底应力值见表2。

表2 泵房基底应力汇总表

由计算成果可知，在各工况下，泵房基底应力的最大值与最小值之比均不超过允许规定值。泵房基底最大应力值为92.87kpa，基底坐落在淤泥质土层，该层承载力低，压缩变形大，无法满足设计要求，因此必须对地基加固处理。软基处理可以采用方法有：深层搅拌法、预制管桩、换填法处理等。

3.1 水泥搅拌桩方案

采用桩径Ф500水泥搅拌桩，以中砂层为桩端持力层，桩端进入持力层为1.0m，设计桩长8.0m。初拟桩中心间距为1.10×1.10m，正方形布置。因桩端下无软弱下卧层，本次不对下卧层地基强度进行验算，也不对沉降变形进行计算[2]。

（1）单桩竖向抗压承载力特征值

根据《复合地基技术规范》，当由桩周土与桩端土的抗力提供单桩竖向抗压承载力特征值时可按公式1计算；当由桩体自身材料的强度提供单桩竖向抗压承载力特征值时可按公式2计算；并取两者较小值。

up为搅拌桩的截面周长；li为第i层土的厚度，m；Ap为搅拌桩的截面面积；、分别为搅拌桩周围第i层土的侧阻力、桩端阻力特征值，取600kPa；α为桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.50；为与搅拌桩体同配比试块立方体抗压强度平均值（kPa），参考已完同类似工程的试验报告，取1.80Mpa；η为桩体强度折减系数，取0.30。经计算，取Ra=106kN。

（2）复合地基承载力计算

处理后，复合地基承载力特征值按公式3计算：

m为桩土面积置换率，经算得0.162；为处理后桩间土承载力特征值，取50kPa；β为桩间土承载力折减系数，取0.75。经算得fspk=119KN。泵房在各工况下平均基底应力均小于119KN，同时最大基底应力小于1.2fspk。

3.2 预制PHC管桩方案

采用桩径Ф500预制砼管桩，以中砂层为桩端持力层，桩端进入持力层为1.0m，设计桩长8.0m。

（1）单桩竖向抗压承载力特征值

根据《建筑桩基技术规范》，估算单桩竖向承载力特征值按公式4计算：

根据《桩基规范》，管桩穿越较厚欠固结土（淤泥质土），计算管桩承载力时需考虑桩周负摩阻力影响。桩端置于中砂层，查规范表5.4.4-2，中性点深度比 ln/l0=0.75，桩周软弱土层下限深度l0=6.00m，则自桩顶算起的中性点深度ln=6.00×0.75=4.50m。地面无堆载，根据地勘资料可知地下水位标高为1.00m。

根据《桩基规范》，中性点以上的单桩桩身周围各层土负摩阻力标准值按公式5计算；由土自重引起的桩身周围各层土平均竖向有效应力按公式6计算。

由淤泥质土自重引起的桩周平均竖向有效应力：

桩侧负摩阻力标准值：

基桩下拉荷载按公式7计算：

ηn为桩周负摩阻力引起的群桩效应系数，本次按最不利情况，ηn取1.0。n是中性点以上的土层层数；li是中性点以上土层的厚度。基桩下拉荷载为15.26kN，估算单桩竖向承载力特征值为225.93kN，则实际设计单桩竖向承载力特征值为210.67kN。

（2）确定桩数并布桩

泵房长25.0m，宽21.30m，最大基底应力为92.87kpa，下部为箱体结构，刚度大，可视作整体承台来计算；底部设置水泥石屑褥垫层，厚300mm，容重为22.0kN/m2。

根据泵房尺寸，拟定桩中心间距为1.60×1.50m，正方形布置，共设255根桩。

（3）单桩水平向承载力特征值计算

估算单桩水平方向承载力特征值按公式9计算：

经计算，单桩水平向承载力特征值为88.21kN。水平力，因此采用Ф500预制管桩能够满足竖向和水平载力要求。

针对上述两种软基处理方案进行比较，见下表3：

表3 基础处理方案比较

因泵房离现状建筑物较近且受工程投资等客观因素影响，拟定采用水泥搅拌桩作为基础处理方案为最终方案[3]。

4 结束语

根据工程建设经验，桩基施工前必须取原状土做室内掺灰量及桩身抗压强度试验；根据试验结果调整设计参数后在泵房基础选择桩位进行试桩，并根据试桩结果确定水泥搅拌桩最终施工参数。