和縣龍興湖一站地基加固方案分析

黃冰強

一、基本情況

近年來，嚴重的洪澇災害充分暴露出馬鞍山市和縣中小河流防洪標準偏低、城鄉排澇能力不足、小型水庫病險隱患較多等防洪減災體系中的短板。龍興湖一站位于和縣十里九連圩片，該區是和縣打造經濟發展新動能的重要區域，建設龍興湖一站工程對提高該區排澇能力、減免災害損失、穩定區域糧食產量等有很大作用。

龍興湖一站設計規模13.0m3/s，裝機容量1050kW，位于九連圩溝干渠入西馬支河河口，區域內軟弱地基分布較廣。

二、地質條件分析

（一）地層簡述

根據野外勘探資料，在站址區揭露的地層從上而下主要為：

①層（Qml），素填土，棕褐、灰色，軟塑～可塑，濕，以粉質粘土為主，局部夾植物根莖及少量碎石。揭露該層層厚為1.00～7.90m，層底高程2.67～6.89m。

①1層（Qal），淤泥，灰褐色，飽和，流塑，含有機質和腐殖質，具腥臭味。揭露該層層厚為1.30～2.10m，層底高程2.34～4.09m。

②層（Q4al），中粉質壤土，灰褐色，軟塑～可塑，濕，為中等壓縮性土層，局部分布。揭露該層層厚為0.00～5.00m，層底高程0.47～2.81m。

②1層（Q4al+pl），淤泥質重粉質壤土，灰褐色，軟塑，濕，含少量有機質，局部夾輕粉質壤土薄層，具有淤泥味，高壓縮性土。揭露該層層厚為2.80～9.90m，層底高程-0.59～-8.23m。

③1層（Q4al），重粉質壤土，灰褐～棕褐色，可塑，濕，中等壓縮性土。揭露該層層厚為13.50～19.50m，層底高程-18.85～-22.81m。

⑤層泥質粉砂巖，棕紅色，堅硬，濕，全風化呈砂土狀。揭露該層層厚為1.00～3.10m，層底高程-19.85～-25.21m。

龍興湖一站建基面高程范圍為3.9～4.4m，泵站各建筑物均坐落在②層中粉質壤土層。

（二）地層條件評價

龍興湖一站基礎持力層為②層中粉質壤土，呈軟塑～可塑狀，該層為中等以下強度地層，中壓縮性，孔隙比大，含水量大，工程地質條件較差。含水量范圍值23.5%～46.8%、均值33.0%；孔隙比范圍值0.627～1.465、均值0.964；液性指數均值1.79；塑性指數均值9.8；壓縮模量6.10MPa；直接快剪粘聚力小值均值7.20kPa，直接快剪內摩擦角小值均值15.6°；滲透系數為5.9×10-4cm/s，屬中等透水；承載力允許值[R]=120kPa。

其下為②1層淤泥質重粉質壤土，呈軟塑狀；該層為軟弱強度地層，高壓縮性，工程地質條件差。含水量范圍值26.3%～59.9%、均值37.3%；液性指數均值1.48；塑性指數均值13.3；壓縮模量3.14MPa；直接快剪粘聚力小值均值9.0kPa，直接快剪內摩擦角小值均值8.2°；滲透系數為5.40×10-5cm/s，屬弱透水；承載力允許值[R]=60kPa。

②層中粉質壤土承載力為120kPa，即使②層土承載力可滿足地基應力要求，但該層下臥②1層淤泥質重粉質壤土，其強度低，建筑物存在進一步沉降的可能；內摩擦角和粘聚力數值低、抗剪強度低，其地基抗滑穩定性差。軟土地基可導致建筑物不均勻沉陷，使建筑物開裂，對整個工程的安全構成威脅。

二、地基承載力分析

龍興湖一站的底板均直接坐落于②層中粉質壤土層上，而②層下又分布為②1層淤泥質重粉質壤土，層厚較大，承載力特征值為60kPa，為軟弱下臥層。

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79－2012），當地基受力層范圍內有軟弱下臥層時，應符合下列規定：

應按下式驗算軟弱下臥層的地基承載力：

pz+pcz≤faz

式中：

pz—相應于作用的標準組合時，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值（kPa）；

pcz—軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值（kPa）；

faz—軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基承載力特征值（kPa）。

對矩形基礎，上式中的pz值可按下列公式簡化計算：

式中：

b—矩形基礎或條形基礎底邊的寬度（m）；

l—矩形基礎底邊的長度（m）；

pc—基礎底面處土的自重壓力值（m）；

z—基礎底面至軟弱下臥層頂面的距離（m）；

θ—地基壓力擴散線與垂直線的夾角（°）。

龍興湖一站軟弱下臥層地基承載力不能滿足建筑要求，需要對地基進行加固處理。軟弱下臥層驗算見表1。

表1 軟弱下臥層驗算表

三、地基處理方案確定

(一）方案比選

龍興湖一站各部位建筑物的底板均坐落于中粉質壤土層上，但該層較薄，且下臥軟弱土層較厚，結合項目區地質情況，采用預應力管樁方案（預應力混凝土管樁）和水泥土攪拌樁方案進行比選。

方案一（預應力管樁方案）：預應力混凝土管樁直徑為0.4m，樁距為1.4～1.6m，樁為摩擦型樁，樁體強度C80，樁進入持力2.5d。

方案二（水泥土攪拌樁方案）：水泥攪拌樁樁徑為0.5m 的單軸攪拌樁，水泥攪拌樁須進入重粉質壤土層不小于1.0m；水泥土的抗壓強度等級不小于2MPa。水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，摻入量暫定為16%（重量比，應注意各土層的天然容重不同），具體由試驗確定。

由于建基面以下②層中粉質壤土承載力較高，兩種方案均按復合地基進行設計。兩種方案的設計，主要是確定樁的置換率和長度。豎向承載攪拌樁的長度應根據上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。

對兩種方案從工程施工、施工工期、工程投資等方面進行比較，見表2。

表2 地基處理方案比選表

（二）方案確定

根據龍興湖一站現場實際情況，綜合確定選用水泥土攪拌樁作為其地基處理加固方案，加固后地基承載力均有效增加，滿足基地應力要求。經水泥土粉噴樁加固后的地基屬于復合地基，根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012），其承載力按下式計算：

式中：qsi—樁周第i 層土的側阻力特征值（kPa），對淤泥可取4～7kPa，對淤泥質土可取6～12kPa，對軟塑狀態的粘性土可取10～15kPa，對可塑狀態的粘性土可取12～18kPa；本工程②2層土的qs取為8kPa，③層土的qs取為16kPa；

α—樁端天然地基土的承載力折減系數，可取0.4～0.6，本工程取0.4；

β—樁間土承載力折減系數，當樁端土未經修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.1～0.4，差值大時取低值；當樁端土未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.5～0.9，差值大時或設置褥墊層時，均取高值；本工程取0.4。

根據水泥土粉噴樁的設計及布置，建筑物地基經處理后的復合地基承載力計算成果見表3。

四、結論

（1）針對多層復雜地基不僅需要計算建基面承載力，還需復核下臥軟弱層地是否滿足承載力要求，龍興湖一站軟弱下臥層地基承載力不能滿足建筑要求，需要對地基進行加固處理。

（2）地基處理方案的選擇要根據工程實際情況進行選擇。本次龍興湖一站考慮到預應力管樁方案對交通條件要求較高、投資較大，采用水泥土攪拌樁方案進行地基處理。

（3）龍興湖一站地基采用水泥土攪拌樁進行處理后各部位復合地基承載力均滿足建筑物基底應力要求■