和县龙兴湖一站地基加固方案分析

黄冰强

一、基本情况

近年来，严重的洪涝灾害充分暴露出马鞍山市和县中小河流防洪标准偏低、城乡排涝能力不足、小型水库病险隐患较多等防洪减灾体系中的短板。龙兴湖一站位于和县十里九连圩片，该区是和县打造经济发展新动能的重要区域，建设龙兴湖一站工程对提高该区排涝能力、减免灾害损失、稳定区域粮食产量等有很大作用。

龙兴湖一站设计规模13.0m3/s，装机容量1050kW，位于九连圩沟干渠入西马支河河口，区域内软弱地基分布较广。

二、地质条件分析

（一）地层简述

根据野外勘探资料，在站址区揭露的地层从上而下主要为：

①层（Qml），素填土，棕褐、灰色，软塑～可塑，湿，以粉质粘土为主，局部夹植物根茎及少量碎石。揭露该层层厚为1.00～7.90m，层底高程2.67～6.89m。

①1层（Qal），淤泥，灰褐色，饱和，流塑，含有机质和腐殖质，具腥臭味。揭露该层层厚为1.30～2.10m，层底高程2.34～4.09m。

②层（Q4al），中粉质壤土，灰褐色，软塑～可塑，湿，为中等压缩性土层，局部分布。揭露该层层厚为0.00～5.00m，层底高程0.47～2.81m。

②1层（Q4al+pl），淤泥质重粉质壤土，灰褐色，软塑，湿，含少量有机质，局部夹轻粉质壤土薄层，具有淤泥味，高压缩性土。揭露该层层厚为2.80～9.90m，层底高程-0.59～-8.23m。

③1层（Q4al），重粉质壤土，灰褐～棕褐色，可塑，湿，中等压缩性土。揭露该层层厚为13.50～19.50m，层底高程-18.85～-22.81m。

⑤层泥质粉砂岩，棕红色，坚硬，湿，全风化呈砂土状。揭露该层层厚为1.00～3.10m，层底高程-19.85～-25.21m。

龙兴湖一站建基面高程范围为3.9～4.4m，泵站各建筑物均坐落在②层中粉质壤土层。

（二）地层条件评价

龙兴湖一站基础持力层为②层中粉质壤土，呈软塑～可塑状，该层为中等以下强度地层，中压缩性，孔隙比大，含水量大，工程地质条件较差。含水量范围值23.5%～46.8%、均值33.0%；孔隙比范围值0.627～1.465、均值0.964；液性指数均值1.79；塑性指数均值9.8；压缩模量6.10MPa；直接快剪粘聚力小值均值7.20kPa，直接快剪内摩擦角小值均值15.6°；渗透系数为5.9×10-4cm/s，属中等透水；承载力允许值[R]=120kPa。

其下为②1层淤泥质重粉质壤土，呈软塑状；该层为软弱强度地层，高压缩性，工程地质条件差。含水量范围值26.3%～59.9%、均值37.3%；液性指数均值1.48；塑性指数均值13.3；压缩模量3.14MPa；直接快剪粘聚力小值均值9.0kPa，直接快剪内摩擦角小值均值8.2°；渗透系数为5.40×10-5cm/s，属弱透水；承载力允许值[R]=60kPa。

②层中粉质壤土承载力为120kPa，即使②层土承载力可满足地基应力要求，但该层下卧②1层淤泥质重粉质壤土，其强度低，建筑物存在进一步沉降的可能；内摩擦角和粘聚力数值低、抗剪强度低，其地基抗滑稳定性差。软土地基可导致建筑物不均匀沉陷，使建筑物开裂，对整个工程的安全构成威胁。

二、地基承载力分析

龙兴湖一站的底板均直接坐落于②层中粉质壤土层上，而②层下又分布为②1层淤泥质重粉质壤土，层厚较大，承载力特征值为60kPa，为软弱下卧层。

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2012），当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应符合下列规定：

应按下式验算软弱下卧层的地基承载力：

pz+pcz≤faz

式中：

pz—相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）；

pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值（kPa）；

faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。

对矩形基础，上式中的pz值可按下列公式简化计算：

式中：

b—矩形基础或条形基础底边的宽度（m）；

l—矩形基础底边的长度（m）；

pc—基础底面处土的自重压力值（m）；

z—基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m）；

θ—地基压力扩散线与垂直线的夹角（°）。

龙兴湖一站软弱下卧层地基承载力不能满足建筑要求，需要对地基进行加固处理。软弱下卧层验算见表1。

表1 软弱下卧层验算表

三、地基处理方案确定

(一）方案比选

龙兴湖一站各部位建筑物的底板均坐落于中粉质壤土层上，但该层较薄，且下卧软弱土层较厚，结合项目区地质情况，采用预应力管桩方案（预应力混凝土管桩）和水泥土搅拌桩方案进行比选。

方案一（预应力管桩方案）：预应力混凝土管桩直径为0.4m，桩距为1.4～1.6m，桩为摩擦型桩，桩体强度C80，桩进入持力2.5d。

方案二（水泥土搅拌桩方案）：水泥搅拌桩桩径为0.5m 的单轴搅拌桩，水泥搅拌桩须进入重粉质壤土层不小于1.0m；水泥土的抗压强度等级不小于2MPa。水泥采用42.5 级普通硅酸盐水泥，掺入量暂定为16%（重量比，应注意各土层的天然容重不同），具体由试验确定。

由于建基面以下②层中粉质壤土承载力较高，两种方案均按复合地基进行设计。两种方案的设计，主要是确定桩的置换率和长度。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。

对两种方案从工程施工、施工工期、工程投资等方面进行比较，见表2。

表2 地基处理方案比选表

（二）方案确定

根据龙兴湖一站现场实际情况，综合确定选用水泥土搅拌桩作为其地基处理加固方案，加固后地基承载力均有效增加，满足基地应力要求。经水泥土粉喷桩加固后的地基属于复合地基，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），其承载力按下式计算：

式中：qsi—桩周第i 层土的侧阻力特征值（kPa），对淤泥可取4～7kPa，对淤泥质土可取6～12kPa，对软塑状态的粘性土可取10～15kPa，对可塑状态的粘性土可取12～18kPa；本工程②2层土的qs取为8kPa，③层土的qs取为16kPa；

α—桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6，本工程取0.4；

β—桩间土承载力折减系数，当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.1～0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时，均取高值；本工程取0.4。

根据水泥土粉喷桩的设计及布置，建筑物地基经处理后的复合地基承载力计算成果见表3。

四、结论

（1）针对多层复杂地基不仅需要计算建基面承载力，还需复核下卧软弱层地是否满足承载力要求，龙兴湖一站软弱下卧层地基承载力不能满足建筑要求，需要对地基进行加固处理。

（2）地基处理方案的选择要根据工程实际情况进行选择。本次龙兴湖一站考虑到预应力管桩方案对交通条件要求较高、投资较大，采用水泥土搅拌桩方案进行地基处理。

（3）龙兴湖一站地基采用水泥土搅拌桩进行处理后各部位复合地基承载力均满足建筑物基底应力要求■