大型灌区泵站地基存在问题及处置措施

孟德昭

（山东东泰建工集团有限公司，山东 临沂 276000）

0 引言

对于水利工程而言，地基问题是工程成败的关键之一，若在设计施工过程中未能充分应对和处理，就可能带来极其严重的后果[1]。当地基的承载能力不足以支撑上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体破坏。当地基在外荷载作用下产生过大变形时，会影响结构物的正常使用，可能导致结构开裂破坏[2-4]。而地基的渗漏量超过容许值时，会发生水量损失造成事故，在地震、暴雨和爆破等工况下，可能引起地基液化、失稳和震陷等危害[5]。地基基础的完整性是反映地基基础尺寸的相对变化、材料的紧密性和连续性的一种综合性指标，许多工程事故起因往往在于地基存在严重的缺陷，因而需要对地基完整性进行系统全面的调查与评价，将结果与最终建筑物的抗震等级、整体规模、地质条件及设计要求等众多方面结合起来综合分析评定[6，7]。灌区由多种水工建筑物组成，包括泵站、闸室、渠道等，其构筑物选址于不同地质环境条件，当地基承载力等特征不符合稳定要求时，需进行有针对性的加固处理[8]。相关实例表明，泵站地基经加固、置换处理后满足现行规范要求[9]。

1 工程基本情况

本文实例为山东某大型灌区新建排涝泵站，灌区始建于1958 年，1960 年建成运行，1962 年因涝碱停灌，1970 年复灌，后经不断完善，建成1 条总干渠和3条干渠，各类水工建筑物5 000多座。复灌以来，该灌区累计引进黄河水资源超过510 亿m3，滋润着36 万hm2的鲁西大地，承担了聊城65%的耕地灌溉任务，保障了100 多万城乡居民的饮水安全。区内地势较为平坦，自西北向东南倾斜，最高点高程为24.7 m，最低点高程为16.6 m。灌区土质为砂土，适宜种植水稻、小麦、油菜等多种作物。

灌区区域在大地构造上隶属于华北断块区的东南缘，郯庐断裂带纵贯境内南北，区域内广大平原地区皆为第四季覆盖，灌区工程地质主要为黄泛冲积平原。根据现场调查及试验分析成果，在钻孔揭露深度范围内，结合时代、成因及物理力学特性，钻探深度范围内的土层可分为9 个工程地质层，其物理力学性状见表1。灌区新建排涝泵站，其地基位于第四层淤泥质粉质黏土（Q4al）及第五层粉土（Q4al），据勘探成果、调查分析及试验表明，第④层淤泥质粉质黏土，土体强度低；第⑤层粉土（Q4al）属中等液化土层，存在粉土液化问题。

表1 灌区土层物理力学性状表

2 地基稳定性分析

2.1 防渗计算分析

上游最高运行水位为23.50 m，下游最低水位为17.00 m，最大水位差△H=6.50 m。根据勘测资料，得出允许渗径系数C=9。据泵室结构布置，现状的防渗长度为48.50 m，按SL 265—2016《水闸设计规范》的要求，泵站防渗长度L应满足公式：

根据式（1），最大水位差时的防渗长度L=C△H=9×6.50=58.50 m＞48.5 m（现状防渗长度），说明现有结构尺寸不满足渗径要求。故此次采用在上游侧增加渗径长度的方式改善渗流条件，在出水池地板下延伸至两岸设置水泥土搅拌桩作为截渗墙，桩体长12.00 m，直径为0.50 m，桩体之间搭接0.10 m。因此，此次泵室结构渗径总长度为48.50+2×12.0=72.50 m＞58.50 m，满足要求。

2.2 抗滑稳定计算分析

此次对泵站的泵室、上游翼墙进行抗滑稳定计算，分别对泵室和翼墙的完建期、正常运行期、洪水期、地震期进行了计算，计算结果见表2、表3。泵站底板底高程为12.60 m（不含倒角），前池翼墙底板底高程为12.80～14.20 m（不含倒角），分别位于⑤层粉土及④层淤泥质粉质黏土。第⑤层粉土摇振反应迅速，低干强度，低韧性，属于液化土层，地基允许承载力为100 kPa。第④层淤泥质粉质黏土高压缩性，韧性低，土质不均匀，地基允许承载力为70 kPa。由表2，3 可知，泵站和上游翼墙地基反力最大值分别介于101.05～159.60 kPa，112.00～151.53 kPa，均大于第④、⑤层的地基允许承载力，即地基承载力不满足要求，需进行地基处理。

表2 泵站稳定计算成果表

表3 上游翼墙抗滑稳定计算成果表

3 地基处置措施

3.1 工程处置措施

泵站站身底板位于⑤层粉土，该层土为中等液化土层。而泵室底板、翼墙底板均存在地基承载力不足的情况，分别按承载力不足与液化土处理两个方面进行处理。

地基承载力不足处理方案：拟采用钻孔灌注桩加固处理方案，利用站身底板与挡墙底板加固地基，桩径为0.60 m，灌注桩间、排距分别为2.15，2.00 m，泵室底板桩底高程为-3.40 m，翼墙部位桩底高程为0.40～2.60 m，桩顶高程比底板顶高程少0.3 m。液化处理方案：由于第⑤层粉土层厚不大，此次结合地基承载力处理形式，采用钻孔灌注桩的加固形式进行液化处理，即将灌注桩桩端深入液化深度以下的稳定地层。根据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》，单桩承载力可由桩周土和桩端土的抗力所提供的承载力确定，计算公式：

式中：Ra——单桩承载力，kPa；up——桩周长，取1.88 m；qsi——桩侧土磨擦阻力特征值，粉质黏土取36，粉土取53，中细砂取70；lpi——土厚，m，取淤泥质粉质黏土厚2.8 m，粉土厚3.2 m；qpk——极限端阻力标准值，取1 500 kPa；Ap——桩截面面积，取0.28 m2。

3.2 效果分析

经公式（2）计算，站身单桩承受上部荷载为709.14 kN，由桩周土和桩端土的阻力所提供的单桩允许承载力为926.08 kN＞709.14 kN，表明经桩基加固处理后，承载力满足要求。

同理，上游翼墙采用C30 钻孔灌注桩加固地基，直径为0.60 m，桩中心距2.20 m，桩底高程为0.80～2.20 m，单桩承受上部荷载为637.43 kN，由桩周土和桩端土的阻力所提供的单桩允许承载力为662.32 kN＞637.43 kN，亦表明承载力满足要求。并且桩端伸入液化深度以下稳定层，加固处理后的桩基不存在液化问题。

4 结语

地基基础埋藏于地下，具有一定隐蔽性，对建筑主体结构安全稳定至关重要。本文通过对大型灌区新建泵站的地基进行分析，针对地基存在的粉土液化与承载力不足问题，采用针对性加固处理的措施，桩基工程实施后，地基液化与承载力均得到有效改善，且满足现行规范的要求。在泵站加固处理施工期间，应注重开展已投运排水防涝设施的隐患排查，全面扎实做好泵站防备汛工作，慎重比选地基工程监测方案，依据监测数据分析加固处理后的地基基础处置效果。