泵閘軟土地基加固方法探討

廣州市番禺區石龍聯圍管理所 廣東廣州 510000

摘要：對于存在承載力不足等問題的泵閘地基，必須采取相應的加固措施，這樣才能地基的承載力。本文結合工程實例，分析了地基的主要問題，針對地基存在問題，詳細介紹了地基加固的處理方案，從而保證工程的正常運作，可供類似工程參考。

關鍵詞：泵閘地基；加固方法；堆載預壓；擠密砂樁

出海泵閘在防御洪水災害時發揮著一定重要的作用，保障了岸邊人民的生命財產安全。但是由于沿海泵閘地基存在著各種各樣的問題，部分泵閘達不到國家規定的防洪標準，而且隨著時間的推移，泵閘地基問題越來越嚴重，造成泵閘無法正常運行。這些地基問題得不到解決會對人民群眾的生命財產安全構成一定的威脅，本文通過對泵閘地基的深入探究，探討了泵閘地基的加固方法，可供類似工程參考。

1 工程概況

某河口治理及綜合開發項目工程圍區排澇工程設一出海泵閘，在遭遇大暴雨內澇且外海潮位較高時將圍區澇水抽排出海，假設排澇流量24.0m3/s，安裝3臺單泵流量8.0m3/s立式軸流泵。主體工程由主泵房、穿堤涵閘等組成，泵房采用整體式結構，底板順水流方向長25m，垂直水流向寬24.9m，底板底面高程-6.5m；穿堤涵閘為三孔鋼筋混凝土箱涵結構，閘室長25m，寬19.2m，底板底面高程-3.2m。

2 出海泵閘地質情況

地層為第四系以陸相為主的海陸交互相沖積的瀉湖平原及以海相為主的海陸混合沉積層等松散沉積。出海泵閘工程場區地形較平坦，灘面高程約-2.0～-3.0m。

工程場區地震基本烈度Ⅷ度，屬強震區，地表下20m深度內分布的飽和砂土層主要有②層粉細砂、③j層中砂。根據《水利水電工程地質勘察規范》有關規定，上述土層初判為可液化土。采用標準貫入試驗法進行復判，液化指數10.72～34.10，平均液化指數20.36，液化土層為②層粉細砂，綜合判定為嚴重液化場地。

3 地基處理方案比選

3.1 基底應力及沉降計算

主泵房和穿堤涵閘基底應力計算結果見表1。

表1 基底應力計算結果

天然地基下主泵房最終沉降量112cm，涵閘最終沉降量125cm，沉降主要發生在深厚的③層淤泥質黏土夾砂層。根據計算結果，主泵房和涵閘最大地基應力130.22kPa，②層粉細砂承載力特征值100kPa，有多種工況下承載力不滿足要求，天然地基沉降量很大，為工程結構運用所不允許，需進行地基處理。

3.2 地基處理方案比較

根據地質條件，地基處理需考慮地基承載力、基礎沉降和表層粉細砂液化三方面的問題。根據《建筑地基處理技術規范》，此種地基加固的方法主要有換填法﹑預壓法﹑深層攪拌法﹑樁基礎、砂石樁法等。

（1）換填法：由于地基表層粉細砂層較厚，換填法工程量較大，不是很經濟，下部又為深厚的高壓縮性淤泥質黏土層，不可能將其全部挖除換填，所以無法解決地基沉降量過大的問題。

（2）預壓加固法：由于本工程表層細砂層和淤泥質土下部的中粗砂層均為良好的排水層，都能有效的促進淤泥質土層的固結，預壓法能有效地減小地基的總沉降值及不均勻沉降值。

（3）樁基礎：樁基礎由于樁基穿透細砂層和淤泥質黏土層，將中粗砂層作為持力層，因此能夠同時解決地基沉降、承載力和砂土液化問題，但投資較高，且軟土地基易出現土層與底板脫空現象，但一般可通過設置與底板剛性連接的防滲板樁或預留注漿管進行充填灌漿的措施解決。

（4）深層攪拌法：從處理解決地基承載力和基礎沉降角度分析，水泥攪拌樁一般能夠達到要求，出海泵站后期周邊回填土高度較大。

（5）砂石樁法：砂石樁處理液化砂土一般采用振動沉管擠密成樁，在振動機的震動作用下，將套管沉入土體，將周圍土體擠密或振密，并在套管中加灌砂石料，然后邊拔管邊振動排砂于土體中振動密實成樁，與土體形成復合地基。

從以上分析可知，本工程出海泵閘首先要解決工后沉降過大的問題，其次要采取措施消除表層松散粉細砂的地震液化。本工程出海泵閘需采用圍堰擋水進行干地施工，當地砂料豐富，砂質好，圍內回填土方用量較大，如果結合圍內回填，進行堆載預壓，工程投資相對較省。因此，對建筑物地基先結合施工圍堰先采用插打塑料排水板堆載預壓，解決工后沉降過大的問題，再采用振動沉管擠密砂樁消除粉細砂液化，是可行且經濟的方法。

4 堆載預壓法

為加快③層淤泥質黏土混砂層的固結速度，在泵閘基礎下及基礎底板輪廓外邊線往外10m范圍布設排水板，間距1.0m×1.0m，排水板穿透淤泥質黏土混砂層，并進入中粗砂50cm以上。由于表層為粉細砂，是良好的天然排水層，所以排水板頂部不需設置排水砂墊層。地基打排水板后在圍堰內回填中粗砂至5.4m高程進行堆載預壓，加載量約150kPa。

經計算，③層淤泥質黏土混砂的固結度-時間計算結果見表2。

表2 堆載預壓地基土固結度-時間計算結果

從表2的計算結果可知，超載預壓4個月后地基土的固結度可達85%以上。擬定預壓時間為4個月，轉換成泵閘的實際荷載后，地基基本能保持穩定，消除沉降和邊荷載的影響。采用堆載預壓進行地基處理后出海泵閘承載力和沉降均能滿足要求。

5 砂石樁法

（1）樁間距確定

根據消除地基液化的要求，處理后地基土的標貫擊數N大于臨界值Ncr，樁徑取500mm，正方形布置，粉細砂土天然孔隙比e0取1.10，砂土地基樁間距根據擠密后要求達到的孔隙比e1來確定。

式中各符號含義見《建筑地基處理技術規范》，處理后的相對密實度可取0.70～0.85，計算得樁間距1.3～1.6m，取樁距1.3m。

（2）樁體材料

樁體材料采用滲透性大的優質中粗砂，粒徑大于0.5mm以上顆粒重量大于50%，含泥量不得大于5%，含水量控制在8%左右。

（3）計算灌砂量

樁身灌砂用量按體積和重量雙重控制，施工中灌砂量不少于計算用量的95%，否則要采取復打法重新進行灌料。灌砂量按以下公式計算。按砂的重量計：

式中：G——填砂量；

Ap——砂樁截面積；

ds——填料砂的土粒比重；

ω——砂料的含水量；

e0——粉細砂土天然孔隙比，取最大孔隙比與最小孔隙比的平均值，此時相對密實度Dcr為0.5。

按砂的體積計：

V=βlπd2/4

式中，充盈系數β可取1.2～1.4；樁身長度l考慮樁端預留0.5m，以保證成樁質量。