新開河口灌排站產生不均勻沉降的論證分析

王 錦

(遼寧省水利水電勘測設計研究院 沈陽 110006)

1 概述

盤錦市盤山縣新開河口灌排站樞紐工程建于1997年秋冬季，1998年5月開車通水，泵站裝機容量4800kW。

由于該站當初建設時間緊迫，而且位于新開河老河道內的淤泥質河灘地上，地質條件復雜，加之長年滿負荷長時間運轉，泵站存在以下問題:

主體廠房分3節共兩道伸縮縫，第一道伸縮縫開裂寬度14cm，不均勻沉陷8～12cm;第二道伸縮縫開裂寬度約為5cm，不均勻沉陷5～8cm，且呈東南向西北扭曲下沉，2008年加速開裂和下沉，由此產生廠房由東南向西北接縫處開裂及傾斜。

2 泵站沉降原因的分析論證

由于安裝間和主副廠房坐落在不均勻的軟基和一個由冬季施工填筑的三角形回填土基礎之上，當時采用的基礎換砂處理，其處理深度在8～9m，在冬季施工，場地狹小，砂土碾壓很難保證質量。不可必免地產生了較大的沉陷。

2.1 沉降原因的定性分析

結合《新開河口灌排站樞紐工程現狀安全檢測報告》和《新開河口灌排站現狀調查分析報告》的沉降原因分析結果以及工程竣工驗收資料，對產生不均勻沉降的原因作了進一步分析。

安裝場實際沉降約為140mm，主泵間也有約50mm沉降，其主要原因為:

a.安裝間下部原有地層壓縮模量較小，壓縮性較高;原有地層在上部荷載作用下產生沉降。

b.由于泵房開挖時安裝場基礎下有楔形回填土層存在，其斜坡下部土層并沒有進行換填處理。并且因工期較緊，回填工作在冬季完成，回填質量不高，在回填土中也可能存在不同程度的凍塊。綜合分析后認為:泵站安裝場及主泵間程呈東南向西北方向扭曲下沉，在泵站主廠房⑦～⑧軸線段(即安裝場段)傾角約有8°，使⑦～⑧軸線變形縫處出現約10～12cm寬的裂縫，上下錯移約有15cm，表明回填土的地基承載力要好于斜坡段原狀土的地基承載力，但均不能滿足地基承載力的要求，從沉降的狀況可以看出，這是產生沉降的主要原因。

c.主泵間基底低于安裝場基底近7m，而安裝間基礎下面以粉土為主，密實度較差，在水泵房設備運行時產生的動荷載使安裝間下土層產生蠕變，進而產生較大沉降。

d.主泵間的沉降主要是由于回填工作在冬季完成，在回填土中也可能存在不同程度的凍塊。并且回填面凸凹不平，最薄處不到1.0m，平均回填厚度2.0m，這樣使回填質量不高，達不到設計要求。水泵設備動荷載也是其中的原因之一。

2.2 沉降原因的定量分析

2.2.1 安裝場沉降計算分析

2.2.1.1 土層分析

根據現有地勘資料，并考慮到形成時間、人工擾動因素及后期由局部滲流引起的不利影響，各層土的參數取值如下:

第二層:粉黏交互層，壓縮模量 Es=4.2～4.4MPa，此層承載力特征值取90kPa;

第三層:粉土層，壓縮模量Es=3.7MPa，此層承載力特征值取130kPa;

第四層:細砂層，壓縮模量Es=6.3MPa，此層承載力特征值取160kPa;

2.2.1.2 沉降計算

壓縮模量 Es=3.7MPa，基底承載力特征值取130kN/m2，安裝間的基礎尺寸為10.5m×6.37m。沉降計算公式如下:

式中 S——地基最終變形量，mm;

S'——按分層總和法計算出的地基變形量;

ψs——沉降計算經驗系數，ψs=0.2～0.4;

n——地基變形計算深度范圍內劃分的土層數，n=5;

p0——對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加應力，p0=289.8kPa，233.6kPa;

Esi——基礎底面第i層土的壓縮模量，取每層土復合壓縮模量Esp，Esi=3.5MPa。

2.2.1.3 計算結果及分析

通過上述公式計算出的最終沉降量S=87.36mm。

2.2.2 主泵間沉降計算分析

計算公式同上，壓縮模量Es=6.3MPa，基底承載力特征值取160kN/m2，主廠房的基礎尺寸為10.5m×17.98m，計算出的最終沉降量S=9.18mm。

3 結語

從計算結果可以看出，安裝間基礎沉降量較大，這是由于安裝場處在楔形回填土及開挖邊坡上，開挖邊坡的原狀土相對較軟弱，因而產生較大沉降，這是安裝場與主泵間出現較大沉降差的主要原因。而主泵間是由于安裝場的較大沉降變形，加之當初是在冬季施工，換砂回填碾壓質量難免受到一定影響，從而產生一定不均勻沉降。但安裝場實際沉降約140mm，主泵間實際沉降約50mm，比計算量均大，表明地基已處在失穩狀態，必須進行加固處理。

通過以上的分析論證和深入研究比較，最終確定采用C.G.S(Compaction Grouting System)工法對整個泵站進行基礎加固處理。通過兩年的運行考驗，證明該方法可以成功地用于水利工程水工建筑物基底加固。

1 江正榮.地基與基礎施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

2 唐業清.簡明地基基礎設計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003.