电排站工程基础处理及防渗技术分析研究

卢剑文

(佛山市顺德区水利投资建设有限公司，广东 佛山 528200)

1 工程背景

逢简电排站新建工程位于佛山市顺德区杏坛镇、齐杏联围堤段新桩号35+645处，内接逢简大涌，外排顺德支流。按照佛山市“10年一遇24 h暴雨一天排完、内河涌水位≤1.5 m”的排涝标准，工程设计排涝流量为26 m3/s。根据电排站设计排涝流量及各种扬程参数要求，通过机组选型比较，初选2台1800ZXB-5.4型斜式轴流泵[1]，配套2台TXZ900-24/2150(TH)型高压(10KV)同步电动机，单机功率900 kW,电排站总装机容量N=1800 kW。工程为Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级。

工程选择在逢简水闸东侧兴建，紧靠水闸布置。工程水工布置主要由进水前池、拦污栅闸、泵房、出水压力箱涵、防洪闸、内外江连接段及其他建筑物组成，正向进出水。具体布置如下:

(1)电排站前池入口处为拦污栅闸，拦污栅布置在进水侧。工作桥布置在出水侧，连接进水渠右岸与隔离岛之间的交通。

(2)为了减少清污机工作负荷，在拦污栅闸前设置一道简易粗栅。为加大粗栅过流面积，减少过栅水头损失，本工程粗栅布置在内江侧新建隔离岛与进水渠右岸之间，与电排站纵轴线斜交50°，栅后设置清污平台。

(3)本工程堤围工程等级较高，泵房采用堤后式布置。泵房顺水流方向长30.0 m，垂直水流方向长19.5 m。主厂房布置在进水侧，副厂房布置在出水侧，副厂房外墙边线与防洪堤内坡脚之，间留宽6.0 m通道。

(4)穿堤压力涵管为整体式二孔箱涵，堤外侧箱涵出口设置拍门。防洪闸设置在防洪堤边，防洪堤堤顶宽7.0 m。进厂道路由防洪堤下至右岸场地后进入泵房。

(5)为改善站前河涌的进水流态，将逢简大涌和桑麻涌汇合后的站前河涌底宽由原来约10 m扩宽至46 m。进水渠左岸采用平整坡面、局部帮宽加高的形式，与逢简大涌左岸平顺渐变地衔接。进水渠右岸位于鱼塘上，地质条件较差，为更好适应地基变形，采用填方土渠堤岸形式，与桑麻涌右岸平顺渐变地衔接。

(6)出水渠右岸与恢复新建的防洪堤相结合，采用坡式护岸形式，与现有防洪堤平顺渐变连接。

本工程建成后，将和围内的其他电排站一起联合 运行，增强齐杏联围的排涝能力，有效地抵御暴雨、排除内涝，尽量将洪涝灾害损失降到最低，为杏坛镇经济建设提供安全保障。

2 站区工程地质条件

工程区域周围主要为鱼塘、耕地、堤围等。工程勘探采用全取芯钻探、标准贯入试验。共完成勘探孔6个，总进尺258.6 m，标准贯入试验47次，取土样21个，十字板剪切试验7个。

2.1 岩土地层特性

根据地质钻探结果，场地普遍覆盖有第四系(Q)堆积物，由表土层、冲积土层等层组成。有关各土层特征、性质分述如下:

(1)表土层主要为素填土，堤身填土呈压实状态。(2)层冲积土层(Qal)分为9个亚层：2-1层淤泥质土、2-2层淤泥质粉砂、2-3层细砂、淤泥质细砂、2-4层粉砂、2-5层淤泥质土、2-6层粉土、2-7层细砂(淤泥质细砂)、2-8层粗砂、2-9层中砂。(3)层白垩系(K)中风化泥岩，岩质较硬，局部夹薄层强风化岩层。

根据岩土室内试验及现场原位测试，场地内岩土层承载力特征值(fak)及压缩模量(Es)见表1。

表1 岩土层承载力及压缩模量

2.2 场地水文地质条件

场地地下水类型属孔隙潜水，主要赋存于第四系砂土层中，主要补给来源为河水。其水位受河水水位影响明显，地下水与河水补排关系密切，河水涨潮时，地下水接受河水侧向入渗补给，河水退潮时，地下水转向河水排泄。根据土质及土工试验结果：1 层素填土中粉质粘土为微透水层; 2-1层、2-5层淤泥质土属微透水层; 2-2层淤泥质粉砂、2-4层粉砂属中等透水层; 2-6层粉土层属弱透水层; 2-3 层、2-7层细砂属中等透水层; 2-8 层粗砂、2-9 层中砂属中等透水层。

根据《岩土工程勘察规范[2009年版]》(GB 50021—2001)[2]，结合本场地的环境地质条件、地层渗透性的影响，场地属湿润气候区，故场地环境类别定为Ⅱ类。

由场地的水质分析结果表明：地下水对混凝土结构在强透水性地层中具弱腐蚀性、在弱透水性地层中具微腐蚀性；地下水对混凝土中的钢筋具微腐蚀性。

2.3 场地不良地质现象及评价

(1)地震液化。采用标准贯入试验判别，在20 m 范围内，2-2～2-4 层为液化土层，场地液化等级为轻微，同时存在软土震陷等不良地质现象，为对抗震不利地段。

(2)场地类别。场地土层等效剪切波速Vse= 132.3 m/s，覆盖层厚度介于15～80 m之间，土的类型为软弱土，属于Ⅱ类建筑场地类别，特征周期值0.45 s。

(3)其他不良地质现象。堤围两侧草皮植被和土体结构完好，场地及附近未发现岩溶、泥石流、采空区、地面沉降等现象，亦未发现有活动断裂带通过。

(4)场地稳定性和适宜性评价。除软弱土层、液化土层外亦未发现其他不利建筑的地质现象，场地处于相对稳定区，但场地地基上部分布高压缩性土层，不能满足工程要求，必须进行地基加固处理。

3 工程地基处理

3.1 地基处理方案

根据场地工程地质条件拟选择两个方案：

方案1：φ500深层水泥土搅拌复合桩

方案采用深层水泥搅拌桩形成复合地基[3-5]，以控制建筑物总沉降为原则进行基础处理。根据本工程水工建筑物结构特点和地质条件，采用φ500深层水泥土搅拌复合桩，以2-6粉土层或2-7细 砂层为桩端持力层，桩长采用12.0～18.5 m, 桩距0.8～1.2 m不等。结合防渗需要，防洪闸前齿按0.4 m桩距布置两排水泥搅拌桩形成防渗墙，防洪闸、压力涵及泵房均采用围封型式进行布置。

方案2：φ500/φ400锤击预应力管桩+φ500深层水泥搅拌桩

方案采用φ500/φ400锤击预应力管桩[6-7]承担垂直荷载，以2-8层粗砂层作为桩端持力层，管桩按群桩布置原则布置，搅拌桩除连续墙间距0.4 m外，其余均为1.0 m。

方案1、方案2在技术上均满足规范要求。两方案比较，方案2预应力管桩基础经济方面造价稍便宜，但管桩在施工过程中贯入度控制难度较大，且由于管桩的端承效应，地基土发生沉缩时，基底易形成渗流通道。而方案1深层水泥搅拌桩复合地基通过调整搅拌桩的水泥含量、置换率、桩长等，可提高地基竖向及水平承载力，控制沉降量及水平位移，防止深层滑动，而且对于粉砂地基，利用水泥搅拌桩地下连续墙将地基四周封闭，可防止地基液化，并能提高地基土的抗渗性能，是一种比较适合本地区水利工程的软基处理方法。故本工程采用φ500深层水泥土搅拌复合桩进行地基处理，形成复合地基。

3.2 基础平面布置

根据本工程水工建筑物结构特点和地质条件，确定采用φ500深层水泥搅拌桩，以2-6粉土层或2-7细砂层为桩端持力层，桩长采用12.0～18.5 m, 桩距0.8～1.2 m不等。根据防渗需要，水闸与防洪闸外江侧齿墙处及水闸与防洪闸之间布置两排连续水泥搅拌桩形成防渗墙；根据建筑物的重要性，水闸闸室、防洪闸、穿堤箱涵及泵房等采用围封形式进行布置；另外在主体建筑物两侧3～4 m范围内按1.2 m×1.2 m布置φ500水泥搅拌桩，以加固和改善表层不良地基土，减轻高填土荷载引起的软弱土层压缩变形，提高处理范围的整体抗滑稳定。本工程合计φ500搅拌桩共3672条，总桩长53 790 m。

3.3 基础处理设计

拦污栅闸、泵房、压力涵、防洪闸等主要建筑物部位平均基底应力在48.5～158.0 kPa之间。根据FSSJ2011-015号地质报告，最软弱土层2-1淤泥质土层其7 d龄期其5组水泥渗入量(7%、10%、15%、18%、21%)抗压强度试验值分别为0.33 MPa、0.40 MPa、0.49 MPa、0.68 MPa、0.73 MPa, 按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2012)[8]经验关系式换算为90 d龄期的抗压强度值为0.66～1.10 MPa、0.80～1.33 MPa、0.98～1.63 MPa、1.36～2.17 MPa、1.46～2.43 MPa，拟采用桩身18%水泥掺入量，约65 kg/m3，桩身强度按1.50 MPa进行设计，单桩承载力为88.31 kN。

经验算，加固后的复合地基承载力大于建筑物地基应力，承载力满足要求；建筑物最大沉降量均<150 mm，相邻建筑物沉降差<50 mm，满足规范要求。主要建筑物地基加固后地基承载力和沉降量汇总如表2。

4 工程防渗技术

由于电排站建于堤内为堤后式泵房，没有直接抵挡外江洪水，不起防洪作用，地下渗流的渗透坡降很小。根据本工程建筑物布置形式，防洪闸、出水压力涵和泵房之间采用止水连接，防渗段末端即进水前池底板设置反滤排水孔，渗径长度为85.6 m，渗径系数达21.8，电排站地下轮廓线长度远大于渗透稳定所需地下轮廓线长度。

其中防洪闸、已建水闸及其上下游连接段止水防渗技术手段采用的是在墙后填土完成后须进行充填式黏土灌浆处理，灌浆形式采用充填式灌浆，灌浆孔数量共 54个，孔距2 m, 孔深至底板顶面，灌浆总长度372.4 m。灌浆时采用分段灌注方法，先灌上游孔，再灌下游孔，最后灌中间孔。由下至上，下套管分段灌注，段长可为5～10 m，开孔直径不大于110 mm。满足注浆管上端孔口压力应小于49 kPa(0.5 kg/cm2)，应尽量避免堤面出现裂缝。当浆液升至孔，经连续复灌三次不再吃浆时，即可终止灌浆。灌浆土料指标要求塑性指数为10%～25%，黏粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量小于10%，有机质含量小于2%，可溶盐含量小于8%。浆液物理力学性能要求满足容重1.3～1.6 t/m3，黏度达30～100 mPa·s，稳定性小于0.1g/cm3，胶体率大于80%，失水量在10～30 cm3/30 min之间。

5 结 论

本文以新建逢简电排站工程为背景，经采用φ500深层水泥土搅拌桩进行地基处理形成复合地基后，地基承载力满足要求；建筑物最大沉降量及相邻建筑物沉降差满足规范要求。主要建筑物连接段止水采用充填式黏土灌浆处理后，工程渗流稳定。工程建成后，将增强齐杏联围的排涝能力，有效地抵御暴雨、排除内涝，为杏坛镇经济建设提供安全保障。