金牛頭排澇站泵房基礎處理方案探究

黃新華

(惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516003 )

1 工程基本情況

1.1 金牛頭排澇站概況

江門市新會區位于廣東省珠江三角洲西部，潭江下游。新會區南與斗門相鄰，西與開平，北與鶴山，西南與臺山接壤。新會區歷史悠久，距今已有1300a歷史，全區土地面積1387.02km2。會城澇區位于新會區會城街道，在遭遇圍內暴雨和圍外暴潮的情況下，極容易出現內澇。近年來隨著會城地區工農業生產的迅速發展和城市范圍的不斷擴大，以及現有河道淤塞嚴重，電排設施嚴重不足，新會城區在遭遇圍內暴雨和圍外暴潮時，極易產生內澇，嚴重影響生產生活及人居環境。為保障新會區經濟社會的可持續發展，新會區提出建設江門市江新聯圍會城澇區排澇綜合整治工程。根據工程排澇系統規劃，金牛頭排澇站是整個會城澇區排澇綜合整治重要的組成部分。

金牛頭排澇站布置于金牛頭水閘左側的空地上，金牛頭排澇站設計排澇流量為49.0m3/s，設計凈揚程為1.75m。總裝機容量2000kW，裝機臺數4臺，水泵采用斜式軸流泵，單機設計排澇流量為12.25m3/s，水泵型號30°斜式軸流泵1700ZXB-3。

根據《泵站設計規范(GB50265-2010)》泵站等別為Ⅲ等，泵站規模為中型，其建筑物級別為：主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級；但金牛頭排澇站位于江新聯圍上，江新聯圍防洪潮標準按100a一遇設計，堤防永久性建筑物為2級，次要建筑物3級、臨時建筑物5級。根據規范規定泵站與堤身結合的建筑物級別不應低于堤防的級別,泵站主要建筑物為2級，次要建筑物3級，臨時建筑物4級。設計洪(潮)水標準為100a一遇，校核洪(潮)水標準為200a一遇。

1.2 排澇站泵房設計

金牛頭排澇站主要建筑物包括進水段、進口攔污柵段、進水渠、進水前池、進水前池、進水池、泵房、出水壓力箱涵、防洪閘室、出口消力池、出水渠道等。

泵站廠房為堤后式正面進水，廠房長軸平行于堤軸線布置，總裝機容量2000kW，裝機臺數4臺，水泵采用斜式軸流泵，單機設計排澇流量為12.25m3/s，水泵型號30°斜式軸流泵1700ZXB-3，葉輪中心安裝高程-2.9m；設計總揚程2.67m，最高揚程3.35m。

泵站廠房段總長度為28.67m。泵房縱軸線與金牛頭水閘中心線平行，泵房四周留6m寬的防汛、檢修通道。泵站廠房分設主廠房與副廠房，主廠房上游側設置4.60m長檢修門槽段，在閘門槽上方，從廠房柱處懸挑吊車梁，梁上安裝電動葫蘆，用于啟吊檢修閘門。

主廠房分為流道層、水泵層、安裝檢修層，并安裝了橋式起重機。主廠房長34.01m，寬16.6m，在檢修間下面的流道層設有集水井，通過Φ200鋼管與各水泵進水流道最低點相連。副廠房位于主廠房的下游側，副廠房共三層，用于布置電氣一、二次系統及中控室。

2 泵房基礎處理方案

2.1 泵房地質基礎情況

金牛頭排澇站地層從上到下垂直劃分為淤泥質土和強風化泥質粉砂巖，強風化帶埋深25m-30m不等。根據地質勘察報告，排澇站基礎為深厚的淤泥質土層，地基承載力較低，地基承載力特征值40-60kPa，低于泵站計算所需的地基承載力，必須進行地基處理[1]。

2.2 基礎處理設計

對于深厚層淤泥地基，通常采用的地基處理方案有：鉆孔灌注樁、預制樁、攪拌樁和水泥粉煤灰碎石樁等復合地基處理方案。

水泥攪拌樁復合地基處理方案具有施工設備簡單，工程造價相對低得優點。但是根據工程地質勘察報告，由于攪拌樁施工設備的局限，攪拌樁樁端無法達到持力層，排澇站的沉降量會較大；而且工程場區為Ⅶ度地震區，如果采用深層攪拌樁基礎處理方案，需要考慮由于震陷引起的復合地基承載力降低與沉降量加大的問題。泵站廠房尺寸大，對沉降要求比較高，基礎處理設計不考慮水泥攪拌樁復合地基方案[2]。基礎處理選定鉆孔灌注樁和預制混凝土管樁方案進行方案比較，詳見表1。

表1 排澇站基礎處理方案投資比較表

1)方案1：混凝土預制樁方案。

排澇站基礎采用直徑0.5m的預制混凝土管樁進行處理，順水流方向樁距1.80m，垂直水流方向樁距2.50m，樁深入強風化巖層4.0m，平均樁長22.0m，泵房底板長×寬為34.01m×28.67m，共布樁224根，總長4928m。

2)方案2：鉆孔灌注樁方案。

排澇站基礎采用直徑1.0m的灌注樁進行處理，均布于排澇站底部，順水流方向樁距5.0m，共6排，垂直水流方向樁距5m，共6排。樁端進入強風化巖石深度4.0m，樁深22.0m，排澇站底板需布樁36根，總長792m。

兩種地基處理方案技術上都是可行的，但各有優缺點：

預制混凝土管樁有施工方便、施工進度快、造價適中的優點；缺點是施工設備比較重型，施工時容易對已施工的樁造成移位等影響。

鉆孔灌注樁優點為施工設備相對較輕型，對在淤泥上施工，需要填筑的施工平臺墊層較薄，樁機移動對已施工樁的影響較小，成樁質量比較容易控制有保證；缺點方面為造價相對較高，施工中如果碰到流塑狀的淤泥，成孔困難，需加設鋼護筒，增加施工費用[3]。

鉆孔灌注樁和預制管樁兩個方案對工程的長遠影響方面兩者優缺點基本一致，區別只在于施工方法上，兩者比較，預制混凝土樁方案施工方便，施工進度快，成樁質量有保證。綜合各方面的因素，推薦采用預制混凝土管樁方案作為基礎處理方案。

斷面圖見圖1。

圖1 泵房基礎處理設計圖

3 泵房穩定計算

金牛頭排澇站為新建泵站，必須對泵房的抗滑、抗浮穩定性和地基承載力進行驗算。

3.1 基本資料

金牛頭排澇站具體結構尺寸詳見設計圖紙。為簡化計算，泵房穩定計算以泵房一典型機組段(寬6.20m)作為計算單元。

3.2 計算工況

3.2.1 基本組合

1)完建期,上下游無水。

2)設計工況，外江水位為P=1%水位(2.82m)，內江取設計運行水位(0.30m)。

3.2.2 特殊組合

1)校核工況，外江水位P=0.5%水位(2.98m)，內江水位取泵站最高運行水位(1.20m)。

2)地震工況，外江取多年平均高潮位(0.57m)，內江正常水位(0.30m)，泵站遭遇Ⅶ度地震。

3.3 安全系數

按照《泵站設計規范》(GB50265-2010)， 排澇站為主要建筑物，根據其工程級別，抗浮穩定安全系數為：基本組合1.10；特殊組合1.05。松軟土基上泵站基底應力最大值與最小值之比的允許值為：基本組合1.5；特殊組合2.0。

3.4 計算方法

本工程泵房基底水平承載力和豎向承載力均由樁基承擔，因此無需進行抗滑穩定計算，只需計算出各種工況下泵房底面水平力和豎向力，用此進行樁基設計。但泵房底板應力不均勻系數必須滿足規范要求。泵房抗滑只需驗證∑H≤∑T即可。

1)抗浮穩定安全系數計算公式如下：

(1)

2)泵房、閘室地基應力計算按以下公式計算：

(2)

3)樁基承載力計算

根據《建筑樁基技術規范JGJ 94-2008》，可分別進行預制樁樁基豎向承載力和水平承載力計算。

3.5 計算結果

泵房抗滑、抗浮及地基應力計算結果見表2-表4。

表2 泵房抗滑穩定計算成果表

表3 泵房抗浮穩定計算成果表

表4 泵房基礎應力計算成果表

從上述計算可見，金牛頭排澇站預制管樁地基能滿足承載力和穩定的要求，因此泵房結構是安全的。

4 結 論

綜上所述，金牛頭排澇站泵房基礎處理方案的設計，在結合工程實際地質情況下，綜合考量方案的可行性、經濟性、施工方面，提出經濟合理、切實可行的基礎處理方案，不但降低了泵房的沉降量，確保泵房結構穩定安全，而且能充分發揮金牛頭排澇站設計效益，方便運行管理。