龍灘庵泵站基于雙層地基滲流分析的地基加固處理

路苗娥

龍灘庵泵站基于雙層地基滲流分析的地基加固處理

路苗娥

一、工程概況

龍灘庵排澇泵站位于舒城縣杭埠鎮，豐樂河大堤右岸，設計為拆除重建。重建站址選擇在老站附近，設計排澇流量16.0m3/s，共布置5臺1200ZLB-85立式軸流泵和1臺700QZ-70潛水軸流泵，總裝機2188kW。泵站采用堤后式布置，濕式泵房，順水流向依次布置引水渠、進水（檢修）閘、前池、泵房、壓力水箱、排澇控制閘、穿堤涵洞和出口防洪閘，排澇水入豐樂河。

二、工程地質

龍灘庵站勘察深度范圍內揭露的地層自上而下為：

人工填土（Q4ml）：中、重粉質壤土為主，灰黃、黃色，稍濕～濕，可塑，分布于堤防段，層底高程9.29～11.10m。

①1層（Q4al）：中、重粉質壤土，灰、灰黃色，濕，可塑，局部夾砂壤土，普遍分布，層底高程3.34～7.50m。

①2層（Q4al）：淤泥質重粉質壤土，灰色，很濕，流塑～軟塑，局部夾砂壤土、細砂薄層，普遍分布，層底高程-0.16～5.20m，滲透系數建議值K淤=4.0E-6cm/s。

④層（Q3al）：細、中砂，灰色，飽和，中密～密實，普遍分布，局部勘探孔未鉆穿，已揭露最大層厚7.9m，最深層底高程-6.60m；滲透系數建議值K砂=1.0E-3cm/s。

⑤層（Q3al）：砂礫石，灰黃、灰色，飽和，密實，礫石粒徑5～20mm，含量約50%，普遍分布，未鉆穿，已揭露最大層厚22.3m，最深層底高程-26.86m；滲透系數建議值K礫=5.0E-2cm/s。

三、滲流分析

泵房、前池和進水閘基礎均坐落在細、中砂層，穿堤涵洞基礎坐落在淤泥質重粉質壤土層，地基滲透系數比值K砂/K淤=250，根據《堤防設計規范》“上部弱透水層與下部強透水層滲透系數比值大于100即可按雙層地基計算”，確定龍灘庵站地基滲流屬雙層結構地基。細、中砂層和砂礫石層滲透系數比值K礫/K砂＜100，可歸并為一層，歸并后滲透系數取加權平均值，厚度取兩層厚度之和。

1.計算模型

站身和進水閘段弱透水層取為混凝土底板，滲透系數取1.0E-8cm/s，厚度取底板厚度；引水渠和前池簡化為水塘；穿堤涵洞段弱透水層為淤泥質重粉質壤土層，厚度2.1m。

前池底板雖為混凝土結構，但設置了排水孔和反濾層，模型簡化時可將底板取不同滲透系數來模擬不同排水效果：排水暢通，效果良好，取底板等效滲透系數為1.0E-3cm/s（等同于細中砂層，后按《多層地基和減壓溝井的滲流計算理論》將前池等效為完整減壓井計算，前池剩余位勢近似吻合）；排水孔部分堵塞，排水效果一般，取等效滲透系數為1.0E-4cm/s；排水孔大部分堵塞，排水效果不好，取等效滲透系數為1.0E-5cm/s（近似等同于重粉質壤土層）。

簡化后地基模型見圖1。

圖1 龍灘庵泵站雙層地基計算模型圖

2.滲流計算

計算采用《堤防設計規范》附錄E. 7.3公式，用遞推法計算臨水側和背水側的不透水等效長度。背水側考慮新建引水渠（長約200m，底寬12.5m）的減壓短溝作用和前池的減壓透水作用，細中砂層在引水渠后簡化為砂層尖滅，故背水側不透水等效長度計算時S0取0.441T0。

以背水側第一段為例計算如下：

同理依次計算其余段，計算成果見表1。

求得S下、S上后，按下式計算背水側各部位弱透水層下的剩余位勢：

泵房前端、前池末端和進水閘前端剩余位勢和出逸坡降見表2。

由表2可知前池排水效果不同時堤防內側剩余位勢變化較大，如泵房前端剩余位勢由30.8%減小到10.6%，變化率約減小了65%，說明前池設置排水孔對地基的滲透壓力變化影響很大，前池排水順暢可極大的減少泵房底部的滲透壓力，對泵房穩定有利。

表1 堤內外相對不透水等效長度成果表

表2 剩余位勢和出逸坡降匯總表

表3 高噴帷幕后堤內側出逸坡降匯總表

表2中出逸坡降行表明即使前池等效滲透系數取到1.0E-3cm/s時，各部位的出逸坡降依然比較大，尤其是前池，出逸坡降值為1.786～0.612。前池底板地基為細中砂，考慮設置反濾后允許出逸坡降0.455，計算值大于允許值，存在滲透破壞可能。

四、地基加固處理

站址處細中砂層普遍分布，故地基處理宜采用垂直帷幕型式，并形成封閉以減少側向滲流影響，勘探時砂礫石層未鉆穿，帷幕采用懸掛式。

目前工程常用垂直防滲方法主要有塑性混凝土防滲墻法、深攪法以及高噴法。高噴法與其他兩種方法相比具有以下優勢：（1）與深攪法相比，高噴法適應的地層土體性質范圍較大，對粉粒和粘粒含量高的土體亦能加固。（2）高噴法形成的防滲體為多層復合性的結構，滲水先經過滲透結層，再進入擠壓層和攪拌混合層，最后才能達到漿液主體層核心，然后沿相反的層次穿過防滲體，兩側的過渡土層可起一定的反濾作用，對防滲體的穩定有利。（3）高噴法噴射切割過程中原土體升揚置換，細粒成分被夾帶摻入漿液中，形成的防滲體彈模較低，且由內而外逐漸變小，呈向周圍土體逐漸過渡的結構，變形協調性遠遠好于混凝土防滲墻。（4）高噴法噴射時對地層起擠壓作用，不會導致地基應力釋放，凝結體與地層呈連續過渡，相比于混凝土防滲墻沒有薄弱面。

結合該工程中地基實際情況，此次地基處理選用高噴防滲墻法加固地基。帷幕加固設計沿建筑物輪廓線外延1.2m為帷幕中心線，同時在內堤腳和泵房前端各增加一道垂直水流向的帷幕墻。帷幕主要采用高壓擺噴，孔距1.6m，內堤腳處由于帷幕兩側水壓差較大，故采用高壓旋噴，以增加帷幕墻的厚度，旋噴孔距0.7m，同時為保證帷幕墻的連續性，在帷幕墻折線連接處亦采用高壓旋噴。高噴深度以深入建筑物底板以下15m控制，帷幕頂部與底板之間用水泥土回填以構成封閉。根據類似工程經驗，帷幕設計滲透系數≤1.0E-6cm/s。

為檢驗帷幕設計的合理性，按照前述計算辦法，計算增加帷幕后的出逸坡降，計算結果見表3。帷幕附加滲徑長度采用《堤防設計手冊》3.5.10公式計算。

上述成果表明，增加帷幕后泵房等各部位的剩余位勢和出逸坡降均大幅減小，增加了地基滲透穩定的安全性。當前池排水順暢時，堤內側出逸坡降均小于允許出逸坡降，滿足規范要求。

五、結論與建議

根據龍灘庵泵站地質條件，按雙層地基進行滲流計算，并通過對前池底板的滲透系數不同取值，來模擬前池的不同排水效果，采用高噴灌漿帷幕對地基進行加固處理。結合泵站前池排水效果對地基剩余位勢分布的影響分析，建議設計采用Φ500直徑的排水孔、同時設置反慮措施，以增加底板的透水面積，保障排水通暢，增強地基滲透穩定，對類似工程具有借鑒意義■

（作者單位：安徽省水利水電勘測設計院勘測分院233000）