某泵站泵房地基处理设计

◎ 王超 安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司

1.概述

泵站作为水利枢纽的重要组成部分，具有明显的经济效益、社会效益。而平原地区的泵站，多位于河道、沟塘等地质条件较差的地方。泵站地基处理效果不好，产生较大的不均匀沉降不仅会引起泵站建筑物的倾斜和开裂，更有可能造成水泵及电机主轴倾斜，导致机组无法正常运行，直接影响泵站效益的发挥。可见，控制泵站的均匀沉降是十分重要的。本文以某泵站为典型工程实例，对其泵房地基处理进行了详细设计，可为类似的工程提供参考和依据。

2.工程概况

某泵站位于安徽省裕溪河流域，其主要任务为抽排圩区洪水，同时具有自排和自流引水功能。泵站设计抽排涝流量18.0m3/s，自排流量7.6m3/s，自引流量2.0m3/s。装机总功率1680kW。

工程总体布置为：泵站轴线与裕溪河堤防垂直，自圩内至外河依次布置排涝引水渠、拦污检修闸、前池、泵房、压力水箱、控制段及穿堤箱涵、出水池、出水渠。泵站采用自排与抽排结合，泵站和压力水箱设置双层流道，共用进水池和穿堤箱涵。泵房采用堤后式、湿室型结构，安装检修间设于泵房左侧，顶部布置主、副厂房。泵站平面及纵剖面见图1。

图1 泵站平面及纵剖面示意图

3.工程地质条件及存在的问题

根据地勘报告，站址区地层自上而下分为人工填土、①层重粉质壤土、②层淤泥质重粉质壤土、③层中、重粉质壤土、④1层轻粉质壤土、④2层细砂层、⑤层重粉质壤土7个土体单元。各土层主要参数建议值见表1。

表1 站址各土层物理力学性指标建议值

受场地限制，泵站基础除前池左岸翼墙、泵房左侧及安装检修间坐落在③层中、重粉质壤土上外，其余部位基本坐落在②层淤泥质重粉质壤土上，该层强度低，不能满足承载力要求，需采取地基处理措施，泵房部位地质情况见图2。根据规范[1]要求，泵房不宜建在半岩半土或半硬半软地基上，否则应采取可靠的工程措施。本泵站泵房基础坐落在半软半硬的地基上，需采取可靠的工程措施。

图2 泵房及副厂房地质剖面图

4.地基处理设计

4.1 方案比选

软弱地基加固处理方法有很多，包括排水固结法、换填法、水泥土搅拌桩法、预制管桩法等[2]。针对泵房右侧软弱地基处理，选取该地区常用的水泥土换填垫层方案、水泥土搅拌桩复合地基方案以及预制管桩复核地基方案三种方案进行经济技术比选。

方案一：水泥土换填垫层。

换填垫层适用于浅层软弱土层或不均匀土层的地基处理，其厚度应根据置换软弱土的深度以及下卧土层的承载力确定，厚度宜为0.5m～3.0m[3]。将泵房右侧②层淤泥质重粉质壤土全部挖除，换填水泥土。

方案二：水泥土搅拌桩复合地基。

水泥土搅拌法是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量[4]。根据承载力及沉降要求，经计算确定水泥土搅拌桩桩径为0.5m，桩距为0.8m，桩长5.1m。搅拌桩穿过②层淤泥质重粉质壤土，进入③层中、重粉质壤土不小于2.0m，桩顶设置褥垫层。

方案三：预制管桩复合地基。

预制管桩适用于多种复杂地质条件，在软土地基处理上有许多成功经验。考虑沉桩稳定、承载力及沉降要求，经计算确定管桩直径0.4m，布置间距1.5m，桩长5.7m，桩顶设置褥垫层，形成管桩复合地基。

三种方案的经济技术比较见表2。

表2 站址各土层物理力学性指标建议值

由表2可知，采用水泥土搅拌桩复合地基方案较为经济，且对周围环境影响较小，而采用水泥土换填基坑最大换填厚度将近4m，不满足规范中换填厚度宜小于3.0m的要求，且泵站右侧为圩内堤防，采用换填水泥土方案，基坑最大深度将达到15m，对基坑稳定不利。预制管桩复合地基造价较高，施工振动对周边环境影响较大。综合考虑，选用水泥土搅拌桩复合地基为处理方案。具体设计见图3。

图3 泵房地基处理方案图

4.2 沉降计算

分别对泵房左右侧地基沉降进行计算。

泵房右侧复合地基沉降量由加固区复合土层的压缩量和地基压缩层厚度内加固区下卧层压缩量组成。采用复合模量法进行计算[4-5]，采用分层总和法进行计算，公式如下：

式中：∆pi为第i层土的平均附加应力增量（kPa）；li为第i层土的厚度，mm；m为复合地基置换率；ψs1为复合地基加固区复合土层压缩变形量计算经验系数；Espt为第i层复合土体的压缩模量，kPa；Ept为第i层桩体压缩模量，kPa；Esi为第i层桩间土压缩模量，kPa；ψs2为复合地基加固区下卧土层压缩变形计算经验系数。

泵房左侧原状地基沉降量计算采用分层总和法进行计算，计算公式同公式（3）。

经计算，泵房底板四个角点沉降量分别为：前池侧左角点5.3cm，前池侧右角点5.5cm，压力水箱侧左角点6.1cm，压力水箱侧右角点6.5cm，沉降量和沉降差满足泵房结构安全和机组正常运行要求。

5.处理效果分析

目前该泵站已经建成且经过两个汛期的考验，运行状况良好，现场沉降监测显示泵房整体沉降量较小，沉降均匀，地基处理达到了预期效果。

6.结语

泵站选址首先应避开半岩半土或半硬半软的地基，在不可避免时，应采取可靠措施控制建筑物的不均匀沉降。而控制不均匀沉降的关键在于地基处理，水泥土搅拌桩复合地基作为一种成熟的工艺，能够很好的提高地基承载力，控制地基沉降，在软弱地基处理中得到了广泛应用。