大套一站更新改造工程站身地基處理設(shè)計(jì)

劉俊鋒

（鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 鹽城 224002）

大套一站更新改造工程站身地基處理設(shè)計(jì)

劉俊鋒

（鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 鹽城 224002）

大套一站更新改造工程地基勘探范圍內(nèi)存在兩層軟弱下臥層，地基處理方案的確定必須充分考慮軟弱下臥層的影響。本文首先對(duì)不同地基處理形式可行性進(jìn)行比選，并對(duì)灌注樁方案和沉井方案不同底高程進(jìn)一步比選，最后從投資及防滲作用綜合考慮確定采用沉井方案。

地基處理 灌注樁方案 沉井方案 承載力

1 工程概況

大套一站設(shè)計(jì)流量50m3/s，是集灌溉、排澇、降漬等多功能于一體的水利工程，位于江蘇省鹽城市濱海縣大套鄉(xiāng)永華村境內(nèi)，北距廢黃河約3km、東距通榆河約2km。工程經(jīng)多年運(yùn)行，老化嚴(yán)重。經(jīng)方案比選確定采用在老站下游51.25m移址新建一座泵站，機(jī)組進(jìn)水型式采用肘形進(jìn)水流道，出水型式采用虹吸出水流道，真空破壞閥斷流。新建泵站中心線與現(xiàn)狀河道中心線一致，站內(nèi)布置1650ZLB10-7型立式軸流泵配TL1000-24同步電機(jī)5臺(tái)套。站身底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)31.5m，垂直水流向長(zhǎng)27.0m。單臺(tái)機(jī)組泵室凈寬均為4.2m，水泵葉輪中心安裝高程均為-3.5m，站身底板底高程-7.9m。

根據(jù)《大套一站更新改造工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，站身底板位于第4層淤泥質(zhì)（粉質(zhì)）粘土，含水量高，孔隙比大，屬高壓縮性土層，地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，且勘區(qū)范圍內(nèi)，第9層粉質(zhì)粘土與壤土互層與第14層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為軟弱下臥層，該工程需做地基處理，并充分考慮軟弱下臥層的影響。

2 基本資料

2.1工程地質(zhì)

擬建泵站地處濱海相沉積平原地貌單元，泵站附近自然地面高程在3.5m左右，根據(jù)土層的工程性質(zhì)差異，分為17個(gè)工程地質(zhì)層，地層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 各土層承載力特征值的建議值

2.2站身穩(wěn)定計(jì)算

站身穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

表2 站身穩(wěn)定計(jì)算成果表

3 地基處理設(shè)計(jì)

站身底板底高程-7.9m，位于第4層淤泥質(zhì)（粉質(zhì)）粘土，地基承載力較低，不滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行加固處理，考慮采用水泥攪拌樁、換填水泥土、鉆孔灌注樁方案、沉井基礎(chǔ)進(jìn)行比較。

3.1水泥攪拌樁方案

水泥攪拌樁間距采用0.8～2.0m，底板尺寸27 m× 32m，初步選定攪拌樁樁徑60cm，間距0.8m，樁長(zhǎng)10.0m，水泥摻入比18%。

加固土體強(qiáng)度fcu，k=1.0MPa，樁土面積置換率m=0.44，單樁豎向允許承載力Rkd=98.9kPa，經(jīng)計(jì)算復(fù)合地基承載力fsp，k=154kPa＜175kPa，故水泥攪拌樁方案不能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2換填水泥土方案

換填2.1m厚1∶8水泥土，墊層底面標(biāo)高-10.0m，位于第7層輕粉質(zhì)砂壤土，其承載力特征值fak=140kPa。換填水泥土方案地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

由沉降計(jì)算可知換填水泥土方案站身中心點(diǎn)沉降為35.4cm，大于《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，即最大沉降量不宜超過15cm。故換填水泥土方案不適宜。

3.3灌注樁方案

根據(jù)站身穩(wěn)定計(jì)算成果表可知，站身最大豎向力標(biāo)準(zhǔn)值為151056kN，出現(xiàn)工況為完建期；站身最大水平力標(biāo)準(zhǔn)值為20488kN，出現(xiàn)工況為校核工況，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)情況分別選擇13層、15層作為樁端持力層進(jìn)行灌注樁設(shè)計(jì)。

3.3.1選定13層為樁端持力層方案

（1）水平承載力復(fù)核

由“m”法計(jì)算，考慮群樁效應(yīng)φ80cm單樁水平承載力為120kN布樁時(shí)，可以控制樁頂位移不超過0.5cm，故根據(jù)水平承載力，需布置基樁根數(shù)n=170.7根。

（2）豎向承載力復(fù)核

經(jīng)試算，確定樁底高程高程-27.0m，此時(shí)單樁豎向承載力特征值869kN，基樁根數(shù)為180根，其中順?biāo)鞣较虿贾?5根，垂直水流向布置12根。

（3）軟弱下臥層驗(yàn)算

樁底高程-27.0m，位于第13層粉（細(xì)）砂，地基承載力特征值fak=160kPa，地基土壓縮模量Es1-2=7.0（MPa）。第14層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地基承載力特征值fak=60kPa，地基土壓縮模量Es1-2=2.8（MPa），為相對(duì)軟弱下臥層，經(jīng)驗(yàn)算，軟弱下臥層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。

故選定13層為樁端持力層、樁底高程-27.0m的灌注樁方案不能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.2選定15層為樁端持力層方案

第15層為粉砂夾雜粉質(zhì)粘土，層頂標(biāo)高-36.38m，根據(jù)基樁的要求，樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度，對(duì)于粘性土、粉土不宜小于2d，即樁底高程為-37.98m，取樁底高程-38.0m。

（1）水平承載力復(fù)核

根據(jù)水平承載力需布置基樁根數(shù)n=165根，其中順?biāo)飨?5根，垂直水流向11根，此時(shí)單樁水平承載力為124kN。

（2）豎向承載力復(fù)核

1）樁頂作用效應(yīng)計(jì)算

軸心豎向力作用下：Nk=915kN

偏心豎向力作用下：Nikmax=1188kN

2）樁基豎向承載力計(jì)算

樁周軟弱土層下限深度取樁頂-7.9m至第11層層頂-17.9m，并根據(jù)持力層性質(zhì)，確定中心點(diǎn)深度比ln/l0=0.6，取樁身中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零。經(jīng)計(jì)算，單樁豎向承載力特征值Ra=1393kN。

Nk=915≤1393kN，且Nkmax1188≤1672kN，單樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

故選定15層為樁端持力層，樁底高程-38.0m灌注樁方案滿足設(shè)計(jì)要求。

灌注樁方案投資概算605.88萬元。

3.4沉井方案

第7層輕粉質(zhì)砂壤土，第8層粉質(zhì)粘土，第9層粉質(zhì)粘土與壤土互層，承載力特征值建議值分別為140kPa、130kPa、80kPa，本次設(shè)計(jì)將沉井底高程分別置于-11.0m、-13.0m、-14.0m進(jìn)行方案比選。不同沉井底高程完建期站身穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。考慮軟弱下臥層承載力，沉井底采用鋼筋混凝土封底，沉井內(nèi)不填土。

表3 不同沉井底高程沉降計(jì)算成果表

考慮剛度調(diào)整進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算斷面選在底板中央，選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降計(jì)算，即兩端點(diǎn)和中心，分別為S1、S2、S3。

由沉降計(jì)算結(jié)果，沉井底高程-14.0m，最大沉降量為11.8cm，沉降差2.3cm，滿足規(guī)范要求。并經(jīng)計(jì)算沉井下沉系數(shù)，持力層承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。沉井地基處理方案投資概算258.53萬元。

4 結(jié)論

根據(jù)上述分析，該工程站身地基處理可采用灌注樁方案和沉井方案，但灌注樁方案工程投資605.88萬元，沉井方案工程投資258.53萬元。相比灌注樁方案，沉井方案工程投資較省，且沉井基礎(chǔ)具有較好的防滲作用，故確定采用沉井方案，沉井底高程-14.0m，沉井底采用鋼筋混凝土封底，沉井內(nèi)不填土■