多型復合樁地基在泵站工程特殊軟土地基處理中的運用

史學哲

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 合肥 230022）

1 安徽省軟土地基特點及主要處理方式

安徽省境內軟土地基主要是淤泥和淤泥質粘土，為河湖相沉積，在安徽省長江兩側圩區分布較為普遍，淤泥質土承載力特征值一般在50～90kPa左右。水工建筑物按功能和結構需要，底部通常采用筏板結構，對于中小型泵站，站身基底應力在90～140kPa 左右，相對于軟土地基承載力而言，更需要采取措施避免地基破壞及較大的沉降變形。為此，一般采用樁基礎和地基處理兩種方案解決，其中樁基礎對于規模不大的水工建筑物使用較少：一是相對造價較高，二是可能存在基礎與地基沉降不協調，產生脫空現象導致地基滲透破壞。地基處理常規措施包括換填墊層、復合地基等，換填墊層法因受經濟性和基坑安全性限制，一般換填深度不超過3.0m，對于深厚淤泥質土層以復合地基處理為主。

2 復合地基類型

復合地基根據成樁增強體的材料性質可以分為柔性散體材料樁（S 樁）、半剛性水泥土類樁（M 樁）以及剛性高強度類樁（C 樁）。S 樁因其分散透水特性，一般在有防滲要求的水利工程中較少使用。根據安徽省江南地區軟土地基特性，采用水泥土攪拌樁復合地基處理的方式較為普遍，近年來隨著工藝水平提高和工程投入的加大，預應力混凝土樁復合地基增強體使用也逐漸得到推廣。

目前安徽省水工建筑物軟基處理類型主要是單一的水泥土攪拌樁復合地基（少量為旋噴樁）和預應力管樁復合地基（個別工程設置一定數量的攪拌樁連續分隔墻，以增加軟土側限壓力）。若地基存在多層軟土，即不同深度存在相對硬土層，僅采用攪拌樁，較難穿透中間硬土層，在合理樁距下，因樁長難以達到設計值，或即便穿透，樁長過大，成樁質量難以保證，復合地基或仍存在承載力不足、沉降量過大的情況；若采用管樁復合地基，投資相對較大。因此，對于符合上述特征的軟土地基，把兩種樁型組合使用，既能減少攪拌樁用量，縮短工期，也能減少管樁數量，節約投資；既能利用低成本的攪拌樁提高上部軟土承載力、減小淤泥質土的靈敏度，又可利用管樁高強度、低壓縮的特點提高地基整體承載力、減小基礎沉降量。本文以蕪湖市區廣福排澇泵站為例，介紹了多樁型復合地基的設計過程。

3 多樁型復合地基運用及效果

3.1 工程概況

蕪湖市廣福電力排灌站為重建泵站，位于蕪湖長江大橋上游約800m 處長江右岸，排澇出水涵穿長江大堤。泵站為Ⅲ等中型工程，抽排流量為37.1m3/s，總裝機3830kW。泵站采用兩側進水、正向出水，樞紐主要建筑物有進水閘（左右側）、前池、站身、匯水箱排澇出水涵閘。

3.2 站身穩定復核結果

3.2.1 站身結構布置

廣福泵站采用堤后式干室型泵室，設計裝機6臺，其中4 臺1600ZLB 型機組對稱布置于兩側，2臺1000ZLB 型布置于泵站中部，機組在平面上呈一列式布置。泵房平面根據機組數量及流道長寬決定，總寬度30.0m，順水流向總長16.6m；泵房立面根據部位和功能分層，泵室流道層底板底高程-2.00m，檢修層頂高程9.0m，主廠房頂高程21.2m，則下部泵室高11.0m，上部廠房高12.2m。

3.2.2 站身地質條件

廣福站站身地基上部是以②1層和②2層（淤泥質）重粉質壤土為主的全新統第四系沖積層（Qal4），軟-流塑，中-高壓縮性，②1層結構性主要為中靈敏性，局部極靈敏性；下部是以③1、③2和③3重（輕）粉質壤為主的第四系上更新統沖積層（Qal3），可-硬塑狀，中等壓縮性，其中③2層輕粉質壤土局部夾粘性土薄層，允許承載力為120kPa，屬于相對軟弱土層。已揭露站身地基底部為石英閃長巖。

3.2.3 泵站穩定計算

考慮作用在站身的荷載主要有：自重、靜水壓力、揚壓力、土壓力和其他荷載。根據泵站各運行工況下的荷載組合，站身在非運行期上下游低水位時基底應力最大，σmax=122.8kPa，σmin=113.6kPa。建基面以下淤泥質重粉質壤土承載力僅75kPa，標貫擊數1.4 擊，根據《泵站設計規范》（GB50265-2010）規定“標準貫入擊數小于4 擊的粘性土地基和標準貫入擊數小于或等于8 擊的砂性土地基均不得作為天然地基”。

3.3 地基處理設計

按照穩定復核結果，站身筏板基礎直接坐落于淤泥質重粉質壤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。因此須調整站身基礎型式或進行地基處理，使得上部荷載作用于堅實地基上。考慮采用樁基礎易產生地基脫空而需另行考慮圍封截滲措施，根據經驗一般采用復合地基。

廣福站站身地基上部層軟土層厚度約8.0m，與下部③2層軟土間隔有厚約2.0m 的③1層重粉質壤土，符合存在多層軟土的地基特征。設計分別采用水泥土攪拌樁、管樁以及長、短樁結合的多樁型復合地基（采用水泥土攪拌樁和預應力管樁作為增強體）進行比較，樁頂設置0.4m 厚埋石混凝土墊層。

水泥土攪拌樁復合地基：地基上部軟土分布屬水泥攪拌樁屬于適宜深度，水泥（質量）摻入比18%，攪拌樁直徑為0.6m，樁距1.0m，樁端進入③1重粉質壤土1.0m，平均樁長8.0m。

預應力管樁復合地基：采用預應力高強混凝土管樁（PHC 樁），直徑為0.4m，樁距2.5m，樁底以進入③3重粉質壤土層1.0m，平均樁長15.5m。

多樁型（長、短樁）復合地基：管樁和攪拌樁間隔布置，預應力管樁直徑為0.4m，樁距3.0m，平均樁長15.5m；攪拌樁直徑為0.6m，樁距1.5m，平均樁長8.0m。多樁型布置如圖1。

圖1 多樁型復合地基布置圖

圖2 單樁豎向靜載荷試驗曲線圖

單一樁型復合地基承載力特征值按下式計算：

多樁型（長端樁）復合地基承載力特征值按下式計算：

式中：m—樁的面積置換率；λ—單樁承載力發揮系數；β—樁間土的承載力系數；αp—樁端端阻力發揮系數。

單樁承載力特征值按下式計算：

樁身強度應滿足下式要求：

地基各土層樁基設計參數見表1。

根據《蕪湖鏡湖區廣福電力排灌站樁基承載力及樁身質量檢測報告》，水泥攪拌樁和預應力管樁單樁承載力特征值分別為110kN 和460kN，相應的單樁豎向靜載荷試驗曲線見圖2。根據單樁承載力計算的復合地基承載力及各型復合地基特性表見表2。

根據理論計算和多個工程沉降觀測數據可知，水泥土攪拌樁復合地基因其提高各層土的承載力壓縮模量有限，基礎沉降值較大，若施工質量控制不嚴，泵站后期產生有害沉降的可能性較大；管樁復合地基雖然大幅降低基底沉降，但因表層淤泥質土靈敏度高，受管樁施工擾動，土體可能產生與基礎脫空的情況。多樁型復合地基既能解決承載力和沉降量的問題，又能充分固化上部軟土，避免軟土與地基沉降不協調。

表1 地基各土層樁基設計參數表

表2 各型復合地基特性及工程量投資比較表

4 結語

根據軟土地基特性選擇適合的復合地基處理方式，能達到節約投資、節省工期的作用。經案例工程站身地基處理方案比較，采用半剛性樁（M 樁、短樁）和剛性樁（C 樁、長樁）聯合使用，分別利用各樁型優點達到提高基底軟土承載力的目的。M樁利用其經濟性優勢，固化表層淤泥質軟土，提高淤泥質土壓縮模量、降低靈敏度；C 樁利用強度和長度優勢，使基礎間接坐落于底部承載力較高土層，提高加固土層壓縮模量，減小上部建筑沉降量■