預應力管樁基礎在大雅站工程中的設計應用

（作者單位：江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 225000）

一、工程概況

安徽省來安縣大雅站位于來安河左岸堤防上，根據來安縣來安河防洪治理工程規劃成果，大雅排澇泵站站址所在來安河堤身堤頂高程14.20m，堤頂寬8.0m，內、外邊坡1 ∶2.5。大雅站采用正向進、出水布置型式，泵室采用干室型結構。泵站工程自進口至外河出口依次布置引渠、進水口、前池及攔污閘、泵室及壓力水箱、自排控制閘、穿堤涵洞及防洪控制閘，涵洞出口設消能放沖設施。站身底板順水流向長23.50m，橫向寬16.90m，泵室底板厚0.7m，邊墩厚為0.7m，中墩厚0.8m，水泵中心間距3.80m，設計抽排流量為7.8m3/s。

二、工程地質

1.地基情況

大雅排澇泵站底板高程4.0m。

基礎持力層為③層淤泥質粉質粘土，呈流塑～軟塑狀，為軟弱強度地層，高壓縮性，孔隙比大，含水量大，工程地質條件差。含水量范圍值28 .0%～43.5%、均值35.9%；孔隙比范圍值1.00～1.30、均值1.15；液性指數均值1.35；塑性指數均值14.0；壓縮模量3.05MPa；直接快剪粘聚力小值均值11.6kPa，直接快剪內摩擦角小值均值9.0°；滲透系數為4.96×10-5cm/s，屬弱透水；承載力允許值[R]=90 kPa。

2.存在問題

地基為軟弱土層，承載力低不滿足設計要求。站身底板最大基底應力102.5kPa，前池翼墻最大基地應力達到132.0kPa，遠超過地基承載力允許值，天然地基承載力不滿足設計要求；標準貫入擊數N 平均值只有2.8 擊，根據《泵站設計規范》（GB50265-2010）6.4.2 條：標準貫入擊數小于4 擊的粘性土地基不得作為天然地基，因此需要進行地基處理。來安河堤防各巖土層物理力學指標表見表1。

三、基礎處理設計

1.方案選擇

根據地質條件進行分析，有兩種處理方式：復合地基和樁基礎。水利工程中復合地基一般采用水泥土深層攪拌樁和預應力混凝土空心管樁復合地基；樁基礎一般采用預應力混凝土空心樁（管樁）和鉆孔灌注樁。該工程基底持力層以下淤泥質土層厚度約15m，淤泥層較厚，含水量較大，若采用水泥土攪拌樁進行處理，軟塑狀黏性土施工難度較大，且入巖較難，恐難達到設計要求；灌注樁施工難度大且造價較高，因此采用管樁可滿足設計及節省投資要求。該方案具有單樁承載力高、樁身耐打、施工快、功效高、工期短等優點，故推薦采用預應力混凝土空心樁（管樁）基礎方案。地基處理方案比選表見表2。

綜合以上因素考慮，本次設計采用PHC-AB400（95）-18.5m 管樁，即所用管樁外徑為400mm，壁厚為95mm，長度為18.5m，樁間距1.2m，正方形布置，管樁封端高度2.0m。預應力混凝土空心樁質量要求應符合國家現行標準《先張法預應力混凝土 管 樁》（GB/T 13476）、《先張法預應力混凝土薄壁管樁》（JC 888 ）和《預應力混凝土空心方樁》（JG 197）及其他的有關標準規定。基礎處理樁位和管樁樁頂與底板連接見圖1 和圖2。

表1 來安河堤防各巖土層物理力學指標表

圖1 基礎處理樁位圖

圖2 管樁樁頂與底板連接詳圖

2.樁基計算

（1）單樁承載力計算

根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系確定敞口預應力混凝土空心樁單樁豎向極限承載力標準值時，可按下列公式計算：

單樁豎向承載力設計值：

Quk=Qsk+Qpk=uΣqsikli+qpk（Aj+λpAp1）

當hb/d＜5 時，λp=0.16hb/d

當hb/d ≥5 時，λp=0.8

式中：

qsik、qpk—樁周第i 層土極限側阻力、樁端極限端阻力（kPa）；

u—樁身周長；

li—第i 層土質層厚；

Aj—管樁樁端凈面積，管樁；

Ap1—管樁敞口面積：；

λp—樁端土塞效應系數；

d、b—管樁外徑、邊長；

d1—管樁內徑。

單樁豎向極限承載力標準值為338.6kN，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）第5.2.2 條，單樁豎向承載力特征值為Ra=338.6/2=169.3kN。建筑物最大基地應力出現在前池翼墻處，Nk=129.5kN＜169.3kN，Nkmax=1174.6＜169.3×1.2=203.2kN，滿足規范。

（2）沉降計算

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）的規定，大雅排澇泵站建筑物地基最終沉降量按下式計算：

式中：S—地基最終沉降量，mm；

ψs—沉降計算經驗系數，取0.5；

P0—基礎底面處的附加壓力（kPa）；

n—地基壓縮層范圍內的土層數；

Esi—第i 層土的壓縮模量，MPa；

Zi、Zi－1—基礎底面至第i 層土、第i-1層土底面的距離，m；

ai、ai-1—基礎底面計算點至第i 層土、第i-1 層土底面范圍內平均附加應力系數。

地基壓縮層的計算深度按計算層面處附加應力與自重應力之比等于0.2 的條件確定。經計算，泵站前池邊墻地基最終沉降量為32mm，泵室最終沉降量為24mm。所以，進行基礎處理后的各部位的沉降量較小也相近，沉降差可以滿足規范要求。

四、結語

深厚軟弱土層地基處理控制沉降是關鍵點。水泥土攪拌樁地基處理后承載力能滿足設計要求，但由于軟弱土層深厚超過15m 攪拌樁質量難以保證，因此沉降值無法得到控制；鉆孔灌注樁造價又太高；因此處理軟弱土層15m 深度預應力混凝土管樁是首選。大雅站主體部分施工已全部完成，根據實際觀測各建筑物沉降值未超過5mm，沉降差未超過2mm，沉降控制效果良好■