新開河口灌排站產(chǎn)生不均勻沉降的論證分析

王 錦

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院 沈陽 110006)

1 概述

盤錦市盤山縣新開河口灌排站樞紐工程建于1997年秋冬季，1998年5月開車通水，泵站裝機(jī)容量4800kW。

由于該站當(dāng)初建設(shè)時間緊迫，而且位于新開河老河道內(nèi)的淤泥質(zhì)河灘地上，地質(zhì)條件復(fù)雜，加之長年滿負(fù)荷長時間運轉(zhuǎn)，泵站存在以下問題:

主體廠房分3節(jié)共兩道伸縮縫，第一道伸縮縫開裂寬度14cm，不均勻沉陷8～12cm;第二道伸縮縫開裂寬度約為5cm，不均勻沉陷5～8cm，且呈東南向西北扭曲下沉，2008年加速開裂和下沉，由此產(chǎn)生廠房由東南向西北接縫處開裂及傾斜。

2 泵站沉降原因的分析論證

由于安裝間和主副廠房坐落在不均勻的軟基和一個由冬季施工填筑的三角形回填土基礎(chǔ)之上，當(dāng)時采用的基礎(chǔ)換砂處理，其處理深度在8～9m，在冬季施工，場地狹小，砂土碾壓很難保證質(zhì)量。不可必免地產(chǎn)生了較大的沉陷。

2.1 沉降原因的定性分析

結(jié)合《新開河口灌排站樞紐工程現(xiàn)狀安全檢測報告》和《新開河口灌排站現(xiàn)狀調(diào)查分析報告》的沉降原因分析結(jié)果以及工程竣工驗收資料，對產(chǎn)生不均勻沉降的原因作了進(jìn)一步分析。

安裝場實際沉降約為140mm，主泵間也有約50mm沉降，其主要原因為:

a.安裝間下部原有地層壓縮模量較小，壓縮性較高;原有地層在上部荷載作用下產(chǎn)生沉降。

b.由于泵房開挖時安裝場基礎(chǔ)下有楔形回填土層存在，其斜坡下部土層并沒有進(jìn)行換填處理。并且因工期較緊，回填工作在冬季完成，回填質(zhì)量不高，在回填土中也可能存在不同程度的凍塊。綜合分析后認(rèn)為:泵站安裝場及主泵間程呈東南向西北方向扭曲下沉，在泵站主廠房⑦～⑧軸線段(即安裝場段)傾角約有8°，使⑦～⑧軸線變形縫處出現(xiàn)約10～12cm寬的裂縫，上下錯移約有15cm，表明回填土的地基承載力要好于斜坡段原狀土的地基承載力，但均不能滿足地基承載力的要求，從沉降的狀況可以看出，這是產(chǎn)生沉降的主要原因。

c.主泵間基底低于安裝場基底近7m，而安裝間基礎(chǔ)下面以粉土為主，密實度較差，在水泵房設(shè)備運行時產(chǎn)生的動荷載使安裝間下土層產(chǎn)生蠕變，進(jìn)而產(chǎn)生較大沉降。

d.主泵間的沉降主要是由于回填工作在冬季完成，在回填土中也可能存在不同程度的凍塊。并且回填面凸凹不平，最薄處不到1.0m，平均回填厚度2.0m，這樣使回填質(zhì)量不高，達(dá)不到設(shè)計要求。水泵設(shè)備動荷載也是其中的原因之一。

2.2 沉降原因的定量分析

2.2.1 安裝場沉降計算分析

2.2.1.1 土層分析

根據(jù)現(xiàn)有地勘資料，并考慮到形成時間、人工擾動因素及后期由局部滲流引起的不利影響，各層土的參數(shù)取值如下:

第二層:粉黏交互層，壓縮模量 Es=4.2～4.4MPa，此層承載力特征值取90kPa;

第三層:粉土層，壓縮模量Es=3.7MPa，此層承載力特征值取130kPa;

第四層:細(xì)砂層，壓縮模量Es=6.3MPa，此層承載力特征值取160kPa;

2.2.1.2 沉降計算

壓縮模量 Es=3.7MPa，基底承載力特征值取130kN/m2，安裝間的基礎(chǔ)尺寸為10.5m×6.37m。沉降計算公式如下:

式中 S——地基最終變形量，mm;

S'——按分層總和法計算出的地基變形量;

ψs——沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，ψs=0.2～0.4;

n——地基變形計算深度范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)，n=5;

p0——對應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時的基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力，p0=289.8kPa，233.6kPa;

Esi——基礎(chǔ)底面第i層土的壓縮模量，取每層土復(fù)合壓縮模量Esp，Esi=3.5MPa。

2.2.1.3 計算結(jié)果及分析

通過上述公式計算出的最終沉降量S=87.36mm。

2.2.2 主泵間沉降計算分析

計算公式同上，壓縮模量Es=6.3MPa，基底承載力特征值取160kN/m2，主廠房的基礎(chǔ)尺寸為10.5m×17.98m，計算出的最終沉降量S=9.18mm。

3 結(jié)語

從計算結(jié)果可以看出，安裝間基礎(chǔ)沉降量較大，這是由于安裝場處在楔形回填土及開挖邊坡上，開挖邊坡的原狀土相對較軟弱，因而產(chǎn)生較大沉降，這是安裝場與主泵間出現(xiàn)較大沉降差的主要原因。而主泵間是由于安裝場的較大沉降變形，加之當(dāng)初是在冬季施工，換砂回填碾壓質(zhì)量難免受到一定影響，從而產(chǎn)生一定不均勻沉降。但安裝場實際沉降約140mm，主泵間實際沉降約50mm，比計算量均大，表明地基已處在失穩(wěn)狀態(tài)，必須進(jìn)行加固處理。

通過以上的分析論證和深入研究比較，最終確定采用C.G.S(Compaction Grouting System)工法對整個泵站進(jìn)行基礎(chǔ)加固處理。通過兩年的運行考驗，證明該方法可以成功地用于水利工程水工建筑物基底加固。

1 江正榮.地基與基礎(chǔ)施工手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

2 唐業(yè)清.簡明地基基礎(chǔ)設(shè)計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.