臨湘市鐵山咀泵站工程泵基處理方案分析比較

唐 堯

（湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

鐵山咀泵址位于湖南臨湘市黃蓋湖鎮，地處長江南岸的江南垸一線防洪大堤樁號K141+870～K142+050 處，東北臨長江，東南接丘陵崗地。地處黃蓋湖內河鴨棚口河與長江的連接段，屬于沖湖積平原。垸內湖泊、湖汊眾多，區內地勢總體平坦開闊。

本工程為已建泵站擴機增容，并對現有機電設備相應改造并配備必要的管理設施，結合正在開展實施的黃蓋湖防洪治理工程，加快災后水利薄弱環節建設，提高黃蓋湖地區排洪能力，可減少分洪損失，減輕防汛負擔，降低澇災損失。泵站已有裝機6 000 kW，設計排水流量為108 m3/s，本次擴建1 臺裝機容量3 000 kW，另新增1 臺裝機容量3 000 kW 的備用機組，設計排水流量36 m3/s。工程總投資1.13 億元，計劃工期12 個月。

2 泵基工程地質和水文地質條件

站址位于江南垸最北端，緊鄰長江一線防洪大堤，垸內屬河湖相沖湖積平原，地形平坦，工程區地表未見基巖露頭，全為第四系覆蓋，除大堤和建筑物的人工堆積層外，覆蓋層為第四系全新統沖湖積層，巖性主要為粉質粘土、淤泥質粉質壤土，堤垸內厚度一般20～25 m，主泵房基礎為淤泥質粉質壤土，土層厚約11 m，下腹為含炭質灰巖，淤泥質粉質壤土主要呈軟塑狀（均值IL=0.88），局部可塑狀態，壓縮性較高（均值孔隙比e=1.04，均值壓縮模量3.38 MPa）抗剪強度較低，標貫擊數3～5，力學強度差[1]，固結排水時間長，在建筑物不均勻載荷下，易發生地基不均勻沉陷現象，因此，需對主泵房基礎進行加固處理。

3 泵基基礎處理形式選擇

根據本工程主泵房基礎地質情況，針對淤泥質粉質壤土地層，工程上常用的處理方法有換填法、水泥土攪拌法、預制管樁及鉆孔灌注樁等，本工程淤泥質土層相對較厚，換填明顯不經濟。因此，本工程擬采用水泥土攪拌法、預制管樁及鉆孔灌注樁3 個方案進行技術經濟綜合比選，擇優選擇本工程主泵房基礎的加固處理方案。

4 泵基基礎處理形式比選分析

4.1 處理方案擬定

根據本泵房布置情況，泵房布置在堤內，基礎位于淤泥質粉質壤土上，承載力低，基礎處理主要考慮基礎承載力要求和變形要求，按照上述初擬的三種基礎加固處理方案，分別擬定各方案的布置形式；根據泵房結構穩定計算，不同工況下泵房最大豎向總荷載約為74 000 kN，基底最大應力約為260 kPa，水泥土攪拌樁為復合加固地基，其它兩種方法為樁基加固，根據各方案基礎處理計算成果，各方案的布置情況如下：

水泥土攪拌樁方案：樁徑0.6 m，樁長11 m，間距1.2 m，呈等邊三角形布置。

預制管樁方案：樁徑0.8 m，采用預制圓管樁，樁長11.5 m，要求嵌入下腹基巖0.5 m，間距1.75 m，呈等邊三角形布置。

鉆孔灌注樁方案：樁徑0.8 m，采用泥漿護壁鉆孔灌注樁，樁長13 m，要求嵌入弱風化基巖，間距3 m，呈等邊三角形布置。

4.2 施工技術條件

1）水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁目前廣泛利用在淤泥、淤泥質土、粘性土等各種飽和軟粘土里面，能有效提高該類土層的地基承載力及改善地基的變形特性；該方法無公害、成本低、施工工期短，對場地要求不高，并且施工過程中無振動、無噪聲、無地面隆起，不污染環境，對相鄰建筑物影響較??；目前，水泥土攪拌樁機械設備發展較快，施工工藝漸趨成熟，適合不同的地質條件和工程用途，在提高施工效率的同時也大大提高了樁體的承載能力。

2）預制管樁。預制管樁的生產成本低，配筋率較小，可節約鋼材，直徑小比表面積大，施工簡單，可在工廠集中生產，技術難度相對低，能連續施工，施工工期較短，對工期緊張的工程比較適宜，在松散土和非飽和填土中會起到加密、提高承載力的作用，但預制樁施工機械設備占用空間大，對場地狹窄或需在強度較低的土層上施工時，需要特殊處理，另外錘擊或振動法下沉施工時，噪聲較大，影響周邊環境；其次施工過程中的擠土效應還會對周邊建筑物產生影響。

3）鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁不受地層變化限制，施工工藝成熟，施工工期相對較長，承載能力高，受力相對較穩；既不存在擠土負面效應，又具有穿越各種硬夾層、嵌巖和進入各類硬持力層的能力，樁的幾何尺寸和單樁的承載力可調空間大；施工時無振動、無地面隆起或側移，對周邊建筑物影響小，且對施工場地要求較低。

4.3 基礎工程質量控制

1）水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁由于受力及變形主要發生在樁體上部，其樁長強度存在一定限制，水泥土樁從承載力角度來看，存在有效樁長，當樁長超過該有效樁長時，超過部分的樁體承載力很小、甚至不起作用，從而造成浪費。在工程應用中，由于設計方法相對保守，復合地基承載力受樁體的設計強度限制，會導致設計中置換率過高。另外，在工程實踐中，由于攪拌機械的性能及施工監控系統相對落后，成樁質量缺乏監控裝置，斷樁現象往往需要現場人工監控等，再加上管理環節薄弱，樁基質量難以保證，從而可能影響整個工程的正常使用[2]。

2）預制管樁。施工時受起吊設備能力的限制，單節不宜過長，長樁需要接樁，接頭處容易形成薄弱環節；預制樁的擠土效應在本工程這類飽和粘性土中是負面的，容易引發預制樁斷樁、縮頸等質量事故；其次對于擠土預制混凝土樁會導致樁體上浮，降低承載力，增大沉降；因此，預制管樁在這類地基條件下基礎工程質量難以控制，存在一定的安全隱患。

3）鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁樁身可能出現斷樁、縮頸、夾泥的情況，另外對于嵌巖端承樁鉆孔底部的樁底沉渣（虛土）對樁基承載力的發揮影響較大，需要清理干凈，否則對樁基質量影響較大；目前樁基施工技術日漸成熟，清孔技術也比較成熟，針對不同地層巖性均有較成熟的清孔方法，能保證孔底沉渣清理干凈；另外，樁基為鋼筋混凝土結構，目前樁基質量檢測手段較為先進，能快速地對樁身質量進行檢測，即使出現斷樁、縮頸、夾泥的情況，也能迅速檢測出并進行相應的處理；因此，鉆孔灌注樁施工質量相對來說較易保證。

4.4 工程投資對比

三種方案工程投資比較見表1。從投資上看，水泥土攪拌樁方案投資最少，其他兩個方案相差不是很大。

表1 泵基基礎處理工程投資對比表

4.5 比選結論

根據上述分析比較，水泥土攪拌樁方案，工程投資最省，但成樁質量缺乏監控裝置，再加上管理環節薄弱，樁基質量難以保證；預制管樁與鉆孔灌注樁方案，工程投資相當，但預制管樁接頭處容易形成薄弱環節，擠土效應在飽和粘性土中是負面的，容易引發斷樁、縮頸等質量事故，在本工程這類地基條件下工程質量難以控制，存在一定的安全隱患。而鉆孔灌注樁樁基施工技術較為成熟，樁基檢測手段也較為豐富，能較好地對樁基質量進行控制，施工質量相對來說較易保證，且與預制管樁投資相當，比水泥土攪拌樁方案投資也僅增加44 萬，相較工程總投資而言，增幅較小，從確保工程質量安全的角度來看，本次最終推薦采用鉆孔灌注樁方案作為本工程泵基基礎加固處理方案。

5 結 語

針對淤泥質土地基加固處理的方法較多，本文結合工程實際情況，因地制宜，選擇合理的處理方法，既經濟又能使工程安全可靠。本工程結合工程區泵基基礎地質條件，選擇水泥土攪拌樁、預制管樁、鉆孔灌注樁三種方案進行技術經濟綜合比選，擇優確定了本工程的泵基基礎加固處理方案，可供有類似工程地質問題的基礎處理工程參考。