泵站復合地基處理缺陷的綜合補救措施的探討

史學哲

（安徽省水利水電勘測設計總院有限公司 合肥 230022）

1 引言

水工建筑物復合地基處理不能滿足設計要求，甚至完全失敗的案例并不少見，往往需要更多的時間和經濟成本進行加固補救，甚至重新處理。比如地基防滲處理設計方案不合理，滲透穩定效果不達標，則需要另行選擇其他防滲措施；或者軟土地基處理施工工藝控制不嚴，導致承載力不能滿足設計要求，需要采取補樁或者推翻原處理方案。由于大部分缺陷在地基處理工程接近尾聲時顯現或后期檢測過程中發現，此時基坑開挖基本成型，有些相鄰建筑物已經完工，工期較緊迫，若選擇重新施工或改變復合地基類型，可能影響范圍廣，實施難度大，據此可以考慮采用對現有條件影響較小的綜合補強措施予以解決。本文擬結合某中型泵站復合地基處理失效后的補救方法，來說明地基處理的加固補強的設計思路、設計方法和設計效果。

2 工程概況

案例泵站位于安徽省滁州市，泵站排澇承泄區為清流河，設計抽排流量為26.0m3/s，總裝機2800kW，樞紐工程等別為Ⅲ等，屬中型泵站。泵站沿中心線順水流向依次布置有進水閘、前池、泵房、匯水箱、穿堤涵洞以及出口防洪閘等建筑物。

泵站采用堤后式干室型泵室，設5 臺1400ZLB 軸流泵機組，平面上呈一列式布置。站身平面根據機組數量及流道長寬決定，總寬度31.5m，順水流向總長20.0m；泵房立面根據部位和功能分層，泵室流道層底板底高程-0.10m，檢修層頂高程10.5m，主廠房頂高程20.0m，則下部泵室高10.6m，上部廠房高9.5m。

2.1 地質條件

站址區廣泛分布為第四系全新統及晚更新統淤積-沖積-洪積層，厚度達20m 以上，其巖性：上部主要為第四系全新統（Q4al-l）重粉質壤土、淤泥質粉質粘土和晚更新統（Q3pl）含礫中粗砂地層，下伏基巖為白堊系（K）泥質砂巖。泵站主要建筑物基本坐落于③層淤泥質粉質粘土上（出水涵和匯水箱坐落于②層重粉質壤土上，厚約2.0m），③層土呈流塑～軟塑狀，高壓縮性，含水量大，建基面以下厚度在12.0～18.0m。地基土層分布及各土層物理力學特性如圖1。

2.2 地基處理

站身在非運行期上下游低水位時基底應力最大，σmax=112.6kPa，σmin=92.6kPa。建基面以下淤泥質粉質粘土承載力僅70kPa，標貫擊數2.9 擊。為避免站身基礎直接座落于淤泥質粉質粘土層上可能會產生地基剪切破壞導致站身傾覆、下沉，或者產生較大的沉降（差），導致泵站無法正常運行，設計采用混凝土管樁進行復合地基處理。

圖1 站身地質橫剖面圖及土層物理力學特性圖

管樁為預應力高強混凝土管樁（PHC 樁），直徑為0.4m，樁距2.5m×2.55m，樁底以進入④含礫中粗砂層1.0m，平均樁長12.5m，樁頂設置0.5m 厚水泥土墊層。計算得單樁承載力Ra=403.2kN，復合地基承載力fspk=121.1kPa。

3 基坑邊坡失穩對地基影響及應急處理措施

3.1 基坑邊坡滑動情況及對管樁復合地基的影響

2018年12月，工程在全部管樁施工完成、基坑開挖至設計高程進行樁頭處理過程中，基坑東側邊坡出露的淤泥質土層出現向坑內滑突現象，施工單位進行了清除，但后期滑突現象加劇，停止對基坑的土體的清除，并及時對邊坡上部填土進行了卸載處理，保證了邊坡的穩定，控制了進一步滑動的趨勢。

后經參建各方現場勘察，基坑自東向西約2/3被滑出土體覆蓋，高度約2.0m，頂高程約為1.4m，泵房基坑左側坡面及坡頂已經進行了大范圍卸載，滑坡上口位于坡頂，坡頂高程約為13.0m。檢查發現，站身中心線以東及前池近站段翼墻基底已實施管樁（約48 根）全部大角度傾倒，不具承載能力，以西（約46 根）則基本完好。同時受擾動的淤泥質土呈流塑狀仍緩慢向基坑側蠕變。

3.2 復合地基失效后的綜合加固措施

從基坑邊坡的滑動情況及對復合地基造成的影響可知：（1）不管是地基補強還后續工程施工，都需要盡快解決邊坡持續滑動問題；（2）需要結合地基現狀和上部結構型式采取適當的措施保證地基滿足上部建筑安全運行?？紤]到基坑內已倒伏的管樁方向和位置不確定，基坑淤泥質土膨出，若重新回填平臺補樁，重型機械無法進出及施工，補樁（包括其他樁型）工作實施困難。為保證泵站按既定工期完成、汛前具備排澇抽水能力，應盡快控制邊坡滑動，采取工期短、見效快的方案進行地基補強處理及上部結構優化調整。

站身尚有西側一半管樁完好，考慮現狀條件，結合泵站結構型式、施工單位根據經驗提出的建議，補強加固主要從以下三個方面入手：（1）維持臨時邊坡穩定，保證后續施工安全；（2）補強加固復合地基，提高擾動地基承載力，（3）優化站身底板結構，減小基底應力。

3.2.1 邊坡抗滑處理

隨著邊坡卸載持續進行，邊坡暫無大幅滑動的風險，但是由于地基為深厚淤泥土，理論計算滑弧面較深（管樁完全推倒），受擾動土呈流塑狀，坡面緩慢向基坑蠕變，影響后續施工。因此需繼續放緩邊坡并對坡腳進行加固，增加邊坡抗滑穩定性。根據穩定復核計算，綜合坡比應不陡于1∶4，同時結合地基補強，對站身復合地基已破壞部分利用拆除的塊石進行擠淤換填，換填厚度不小于2.0m，并采用混凝土灌砌，上部設置1.0m 厚鋼筋混凝土墊層，在坡腳形成剛性阻滑體，并提高被擾動后的淺層地基承載力。塊石換填位置和范圍見圖2。

3.2.2 底板結構優化

考慮受滑坡影響，站身管樁復合地基一多半已失效，雖經塊石換填，但由于加固深度有限，難以達到設計承載要求，因此仍然需要對站身底板結構進行優化，以期減小基地應力。

原設計站身底板與前池底板設置平縫，考慮本次對前池地基全數進行注漿加固，地基具備一定承載力，將站身進口中間墩墻底部1.5m 高度向前池懸出1.0m，壓在前池底板之上、翼墻前趾與前池底板齒狀搭接，用前池底板分擔站身及左側翼墻上部荷載，減小基地應力和建筑物沉降。站身及前池翼墻與底板搭接方式見圖2。為提高前池底板相對整體性，保證受力均勻，避免板間錯位，共同分擔站身傳遞荷載，在前池底板分縫間設置拉結鋼筋。

3.2.3 復合地基補強

由于滑坡后的施工場地不適合補樁所需的重型機械進入，施工單位根據以往工程經驗提出了注漿加固的方案，對破壞的原管樁復合地基進行加固處理。

注漿加固就是將某些能固化的漿液注入地基土層中，通過滲透、充填、擠壓、置換等方式以改善其物理力學性質達到防滲、堵漏、加固和糾偏等目的。一般注漿加固是采用水泥漿通過預埋的注漿管灌入并擠向土體，在管端附近形成漿泡，漿體取代土體，并壓縮鄰近土體產生彈塑性變形，增加土的密度；同時水泥漿在較大的壓力下滲入土體孔隙至出現剪切裂縫，產生劈裂，漿液隨之充填形成漿脈，隨著管口抬升，由串柱狀漿泡和網狀漿脈構成了新的復合地基，提高了軟土地基的承載力。注漿加固原理見圖3。

圖2 地基換填布置及上部結構優化圖

注漿加固作為新建水工建筑物軟土地基處理措施，在水利工程中尚未得到廣泛使用，其主要原因是缺乏理論依據和工程經驗，注漿的指標、設備、工藝參數的選用、注漿成果的檢測，都帶有一定的盲目性和隨意性，注漿效果及經濟性不明確。因此在地基處理工程中主要作為一種輔助措施和既有建筑物加固措施。

根據施工方案，水泥漿液采用PO42.5 普通硅酸鹽水泥拌制，按現場試驗結果，水灰比0.6 左右，摻入適量早強劑。灌漿范圍：塊石換填區站身底板下方、底板東、北、西向自板邊緣向外6.0m 寬范圍內以及匯水箱底部，灌漿深度8.0m；站身東側及前池底板范圍內，自建基面向下灌漿深度10.0m。外圍灌漿目的是形成一定的圍封，阻止地基上部軟土在長期受荷狀態下向外蠕動，從而減少地基后期沉降量。由于灌漿深度不大，灌漿蓋重板采用壓實水泥土，厚度0.5m，范圍至邊緣灌漿孔以外2.0m，水泥摻入比12%。底板塊石換填部位施工完畢后預埋入鍍鋅鋼管，出露于底板頂面，作為后期泵房東西沉降差較大時用于糾偏。注漿孔孔距為2.5m，采取梅花型布置，當鉆孔遇到傾倒的管樁時，適當移動孔位。

圖3 注漿加固原理圖

3.3 各補強加固方案原理及效果分析

（1）放緩邊坡、增加底部土體抗剪強度，符合一般邊坡抗滑治理的基本原則。事實證明，隨著邊坡逐漸放緩，底部塊石換填及鋼筋混凝土墊層完成并具備一定的強度后，邊坡滑移的趨勢基本被遏制，為后續搶工贏得了時間。

（2）站身基礎以下、四周注漿和東側基坑滑坡影響范圍注漿，既形成了地基圍封側限，提高軟土承載力，又減小了回填土邊荷載對站基沉降影響。本次邊坡滑動實際造成了泵站中心線移動站身底部管樁全部傾倒，而西側管樁幾乎不受影響，東側剛性換填厚度近3.0m，西側樁頂原設計0.4m 厚水泥土墊層換成0.5m 的混凝土墊層，使地基整體性增強，根據建成前后對周圍地面觀察無明顯的隆起或其他破壞現象。

（3）站身及周邊地基注漿利用土質固結增強和圍封效果提高地基承載力，靜載試驗所得的地基承載力特征值達到130kPa，均大于站身基底應力。圍封在一定程度上減小了淤泥質軟土整體壓縮性，加上西側現存管樁復合壓縮模量大、樁底含礫中粗砂強度高的特點，站身整體沉降可控?？紤]站身東側地基換填和注漿厚度未達軟土底部，兩側地基應會存在一定的沉降差。泵站于2019年5月建成，沉降基本穩定，至今觀測的累計沉降值：站身西側不足10mm，東側約60mm，平均沉降值不大，大部分沉降差發生在水泵機組安裝完成前，經過安裝過程中的泵軸調校抵消，目前泵站運行正常。

4 結語

水工建筑物復合地基處理效果不達標的原因有多種，包括地質資料的準確性、設計方案的合理性以及施工工藝的適用性等，應根據不同原因采取合適的加固補強方式。對于補強方式的選擇既要從已加固地基現狀、施工條件選擇合理的地基補強，也應考慮對建筑物結構布置進行優化以及卸載等方式降低基底應力，做到時間性和經濟性兼顧。

對于注漿加固，由于缺乏充分的理論分析和可靠的施工經驗，水利工程使用注漿加固進行地基處理的案例并不多，因此，應多吸取不同建筑行業的使用經驗和相關數據，逐步拓展使用范圍，對于軟土地基淺、荷載要求不高的新建建筑物以及地基處理補強加固均可嘗試使用并總結推廣，爭取對設計計算、施工工藝以及檢測方法進行界定■