自来水加压泵站地基与基础形式的选择

李婷婷

（晋城合为规划设计集团有限公司，山西 晋城 048000）

0 引言

工程建设施工准备阶段的一个关键环节便是地质勘察工作，只有全面掌握施工区的地质水文信息和工程地质条件，才能合理地选择地基形式与基础类型。否则，会对工程建设造成不可估计的损失[1]。在判定工程地质条件时，要确定岩土地层的构成及特征、地下水的条件，要判断是否存在不良地质作用，要判别地震效应、岩土性质等。在此基础上，对地基处理方法和地基基础形式的设计才能做到科学合理。本文结合晋城市中南部某自来水加压泵站厂区的建设条件，介绍自来水加压泵站地基与基础形式的选择过程和方法。

1 工程概况

泽州县位于晋城市中南部，东为陵川县，西与阳城、沁水县相邻，北接高平，南与河南省接壤。泽州县地形较平缓，海拔高度多在1000m 以下，仅东部、西南部有海拔1000m 以上的中山区，西北角武神山一带为本区最高点，海拔在1300m 以上，南部多为石灰岩出露区，地形陡峭，以天井关为代表，具岩溶地貌特征。丹河为贯穿该县主要河流，由高都向东流向邻省河南境内，其东、西支流为东大河、白水河。沁河的东侧支流长河从本县西部流过。拟建工程场区地貌单元属于丘陵剥蚀地貌，场区内地貌单一。场地地形整体西高东低，南高北低，高差较大，勘探点处地面标高最大值为790.09m，最小值为784.37m，相对高差最大值为5.72m。

2 工程地质条件

2.1 岩土地层构成及特征

在勘探深度范围内，场地内的主要地层为人工堆积层（Q4ml），第四系中更新统(Q2al)的冲积土层，第四系中更新统坡积、残积土层（Q2dl+el）及石炭系中统本溪组（C2b）的岩石层。在钻探所达深度范围内，场地内地层分布情况如下。

（1）杂填土（Q4ml）。人工堆积层：黄褐色，松散-稍密，以回填粉质黏土为主，见少量植物根茎、砖屑、姜结石等。场区普遍分布，厚度：0.50～2.50m，平均0.76m；层底标高：782.45～789.39m，平均786.64m；层底埋深：0.50～2.50m，平均0.76m。

（2）粉质黏土（Q2a）l。第四系中更新统冲积土层：褐黄色，硬塑-坚硬，含少量的铁锰颗粒及氧化铁锈等，切面较光滑，稍有光泽，韧性及干强度中等，无摇振反应，属中压缩性土。标准贯入试验实测击数范围值为12.0～17.0，平均击数14.7。场区普遍分布，厚度：3.10～9.00m，平均6.53m；层底标高：777.47～781.76m，平均779.97m；层底埋深:5.00～9.70m，平均7.24m。fak=170kPa。

（3）粉质黏土（Q2al）。第四系中更新统冲积土层：棕红色-棕黄色，硬塑-坚硬，含少量的铁锰颗粒及氧化铁锈等，切面较光滑，稍有光泽，韧性及干强度中等，无摇振反应，属中压缩性土。标准贯入试验实测击数范围值为15.0～21.0，平均击数17.4。场区普遍分布，厚度 ：7.70～13.50m，平 均 11.02m；层 底 标 高 ：767.20～771.63m，平均768.95m；层底埋深：16.20～21.50m，平均18.26m。fak=190kPa。

（4）角砾（Q2dl+el）。第四系中更新统坡积、残积土层：杂色，稍密，以强风化砂质页岩碎屑为主，粉质黏土胶结。动力触探试验实测击数范围值为8.0～10.0，平均击数 9.0。厚度：0.90～1.80m，平均 1.30m，层底标高：766.37～768.57m，平 均 767.29m；层 底 埋 深 ：18.00～19.70m，平均18.79m。fak=200kPa。

（5）泥岩（C2b）。石炭系中统本溪组岩石层：灰黄色，强风化，岩芯呈碎块状、短柱状，夹碎片状，节理裂隙较发育，层间及节理面有水流侵蚀痕迹及铁锈渲染痕迹，岩体较破碎，岩石为极软岩，岩体基本质量等级为 V 级。场区普遍分布，厚度：1.20～3.80m，平均2.30m；层底标高：764.26～768.69m，平均766.32m；层底埋深：20.00～22.00m，平均20.92m。fak=240kPa。

（5）石灰岩（C2b）：石炭系中统本溪组岩石层：青灰色，中等风化-微风化，岩芯主要呈短柱状、柱状，中厚-厚层状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩石为较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层仅部分钻孔有揭露，且未穿透，最大揭露深度为6.1m，fak=2000kPa。

2.2 地下水条件

拟建场地水文周期一般在4～6 月份为枯水期，7～9月为丰水期，其余为平水期，本次勘察时间为丰水期。

本次勘察钻孔过程中，部分钻孔在钻探深度内揭露有一层地下水，水位埋深约在现状地表下7.0m，对应于绝对高程779.70m，该层地下水在场地仅局部分布，判断其属于上层滞水。在雨季或丰水期时，地下水位可能会有一定的抬升，建议在基础及室外管道施工时做好相应的防水及排水措施。

2.3 不良地质作用

根据对周边环境的调查了解，结合区域地质资料，拟建工程场地内无采空区分布，场地及其周边不存在有影响的地面塌陷、沉降、泥石流、地面裂缝等影响场地稳定性的不良地质作用。

2.4 地震效应

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）[2]，泽州县金村镇抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第三组；根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）中的相关规定[3]，综合划分拟建各建（构）筑物抗震设防类别均为标准设防类，简称丙类；依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016 年版）第 4.1.5 条，场地等效剪切波速：Vse=18.2/∑(Di/Vsi)≈230.38m/s；根据钻孔揭露情况，场地覆盖层厚度范围约为16.2～21.5m，结合剪切波速，综合判定场地类别为Ⅱ类。特征周期值为0.45s。

2.5 岩土性质的分析

根据室内土工试验结果，结合室外现场试验的原位测试统计结果、现场勘探的实际情况以及工程经验，各岩土层的主要物理力学指标及原位测试结果汇总见表1、表2。

表1 各岩土层主要物理力学指标

表2 原位测试结果

3 地基及基础类型的选择

3.1 地基类型及选择

3.1.1 地基类型

（1）人工地基。人工地基是指经过人为的改良或者处理的地基。地质状况不是很好的，比如沙地、淤泥、坡地等，或者地质状况好，但上部荷载太多东西时，为了让地基有足够的承受力，需要用人工去加固地基，称为人工地基[5]。

（2）天然地基。天然地基是指在自然状态下就可以承受基础荷载，能够放置基础的天然土层，不需要用人工去加固地基，节约工程造价。

3.1.2 地基类型的选择

拟建供水站场地整平标高按778.50m考虑，假定拟建运管服务楼、消毒/配电/值班/泵房基础埋深为1.50m，则其基底标高为777.00m，该标高处地基土层为第③层粉质黏土，该层分布连续，层厚稳定，物理力学性质良好，承载力特征值大于预估基底压力，综合判断，拟建运管服务楼、消毒/配电/值班/泵房可采用天然地基。

3.2 基础类型及选择

3.2.1 基础类型

（1）独立基础。当地基承载能力较大，能够满足上部高层建筑的承载力要求，上部结构竖向构件为柱或者墙时，可采用独立基础。根据实际情况可选用阶梯型独立基础、锥形独立基础和矩形独立基础。

（2）条形基础。当地基土质较好，上部结构荷载较大，采用独立基础距离太近，或者上部采用剪力墙结构时，可采用条形基础作为高层建筑的基础。

（3）十字交叉梁基础。当上部荷载较大，采用条形基础不能满足地基承载力要求时，可采用十字交叉基础（即双向条形基础）。

（4）筏板基础。若上部荷载较大，地基软弱或地下防渗需要时可采用筏板基础，俗称满堂基础。有平板式筏板基础和梁板式筏板基础两种。

（5）箱型基础。高层建筑荷载大、高度大，按照地基稳定性要求，基础埋置深度应加深，常采用箱型基础。满足承载力、上部结构嵌固要求的同时，可利用箱型基础的空间作为人防、文化活动厅及储藏室、设备层等。

（6）桩基础。若天然地基土质软弱，上述几种浅基础无法满足地基承载力或变形的要求，或者在地震区，基础埋置深度小于建筑物高度的1/15 时，可采用桩基础。根据施工条件、现场情况选择旋挖钻孔灌注桩、人工挖孔桩、长螺旋钻孔灌注桩等不同种类的桩基础[4]。

3.2.2 基础的选择

综合上述各个类型基础的优缺点，结合场地工程地质条件及地下水情况，拟建运管服务楼、消毒/配电/值班/泵房建议采用条形基础或独立基础。

当采用条形基础或独立基础时，建议以第③层粉质黏土作为持力层，该层土在场地内分布连续，且厚度均匀，是良好、稳定的天然持力层。

3.2.3 基础开挖的注意事项

（1）基坑开挖过程中，宜分层均衡开挖，并做好基坑开挖监控工作，发生异常情况时，应立即停止开挖，并立即查清原因，采取除险措施，确保安全后，方可进行下一步的开挖。

（2）基坑开挖后，建议在基坑底面普遍铲探，如土质条件与勘察报告有较大出入或持力层的土质与建议的持力层不符，应会同有关部门研究解决，并妥善处理。

（3）基坑开挖后，应通知勘察单位，会同各有关部门，做好验槽工作。

4 结束语

本文结合实际工程案例，通过对该工程所在地进行详细的工程地质勘察，从勘察的现场地质水文条件、现场原位测试与室内试验结合的形式全面分析自来水加压泵站厂区的建设条件，根据勘察结果选择出最优的地基处理方案与基础设计形式，为工程建设起到一定的指导作用。