金牛頭排澇站泵房基礎(chǔ)處理方案探究

黃新華

(惠州市華禹水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)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(mén)市新會(huì)區(qū)位于廣東省珠江三角洲西部，潭江下游。新會(huì)區(qū)南與斗門(mén)相鄰，西與開(kāi)平，北與鶴山，西南與臺(tái)山接壤。新會(huì)區(qū)歷史悠久，距今已有1300a歷史，全區(qū)土地面積1387.02km2。會(huì)城澇區(qū)位于新會(huì)區(qū)會(huì)城街道，在遭遇圍內(nèi)暴雨和圍外暴潮的情況下，極容易出現(xiàn)內(nèi)澇。近年來(lái)隨著會(huì)城地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和城市范圍的不斷擴(kuò)大，以及現(xiàn)有河道淤塞嚴(yán)重，電排設(shè)施嚴(yán)重不足，新會(huì)城區(qū)在遭遇圍內(nèi)暴雨和圍外暴潮時(shí)，極易產(chǎn)生內(nèi)澇，嚴(yán)重影響生產(chǎn)生活及人居環(huán)境。為保障新會(huì)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，新會(huì)區(qū)提出建設(shè)江門(mén)市江新聯(lián)圍會(huì)城澇區(qū)排澇綜合整治工程。根據(jù)工程排澇系統(tǒng)規(guī)劃，金牛頭排澇站是整個(gè)會(huì)城澇區(qū)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(cè)的空地上，金牛頭排澇站設(shè)計(jì)排澇流量為49.0m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為1.75m。總裝機(jī)容量2000kW，裝機(jī)臺(tái)數(shù)4臺(tái)，水泵采用斜式軸流泵，單機(jī)設(shè)計(jì)排澇流量為12.25m3/s，水泵型號(hào)30°斜式軸流泵1700ZXB-3。

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50265-2010)》泵站等別為Ⅲ等，泵站規(guī)模為中型，其建筑物級(jí)別為：主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)；但金牛頭排澇站位于江新聯(lián)圍上，江新聯(lián)圍防洪潮標(biāo)準(zhǔn)按100a一遇設(shè)計(jì)，堤防永久性建筑物為2級(jí)，次要建筑物3級(jí)、臨時(shí)建筑物5級(jí)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定泵站與堤身結(jié)合的建筑物級(jí)別不應(yīng)低于堤防的級(jí)別,泵站主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物3級(jí)，臨時(shí)建筑物4級(jí)。設(shè)計(jì)洪(潮)水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇，校核洪(潮)水標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇。

1.2 排澇站泵房設(shè)計(jì)

金牛頭排澇站主要建筑物包括進(jìn)水段、進(jìn)口攔污柵段、進(jìn)水渠、進(jìn)水前池、進(jìn)水前池、進(jìn)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(chǎng)房為堤后式正面進(jìn)水，廠(chǎng)房長(zhǎng)軸平行于堤軸線(xiàn)布置，總裝機(jī)容量2000kW，裝機(jī)臺(tái)數(shù)4臺(tái)，水泵采用斜式軸流泵，單機(jī)設(shè)計(jì)排澇流量為12.25m3/s，水泵型號(hào)30°斜式軸流泵1700ZXB-3，葉輪中心安裝高程-2.9m；設(shè)計(jì)總揚(yáng)程2.67m，最高揚(yáng)程3.35m。

泵站廠(chǎng)房段總長(zhǎng)度為28.67m。泵房縱軸線(xiàn)與金牛頭水閘中心線(xiàn)平行，泵房四周留6m寬的防汛、檢修通道。泵站廠(chǎng)房分設(shè)主廠(chǎng)房與副廠(chǎng)房，主廠(chǎng)房上游側(cè)設(shè)置4.60m長(zhǎng)檢修門(mén)槽段，在閘門(mén)槽上方，從廠(chǎng)房柱處懸挑吊車(chē)梁，梁上安裝電動(dòng)葫蘆，用于啟吊檢修閘門(mén)。

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

2 泵房基礎(chǔ)處理方案

2.1 泵房地質(zhì)基礎(chǔ)情況

金牛頭排澇站地層從上到下垂直劃分為淤泥質(zhì)土和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶埋深25m-30m不等。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，排澇站基礎(chǔ)為深厚的淤泥質(zhì)土層，地基承載力較低，地基承載力特征值40-60kPa，低于泵站計(jì)算所需的地基承載力，必須進(jìn)行地基處理[1]。

2.2 基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

對(duì)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(yù)制樁、攪拌樁和水泥粉煤灰碎石樁等復(fù)合地基處理方案。

水泥攪拌樁復(fù)合地基處理方案具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單，工程造價(jià)相對(duì)低得優(yōu)點(diǎn)。但是根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，由于攪拌樁施工設(shè)備的局限，攪拌樁樁端無(wú)法達(dá)到持力層，排澇站的沉降量會(huì)較大；而且工程場(chǎng)區(qū)為Ⅶ度地震區(qū)，如果采用深層攪拌樁基礎(chǔ)處理方案，需要考慮由于震陷引起的復(fù)合地基承載力降低與沉降量加大的問(wèn)題。泵站廠(chǎng)房尺寸大，對(duì)沉降要求比較高，基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)不考慮水泥攪拌樁復(fù)合地基方案[2]。基礎(chǔ)處理選定鉆孔灌注樁和預(yù)制混凝土管樁方案進(jìn)行方案比較，詳見(jiàn)表1。

表1 排澇站基礎(chǔ)處理方案投資比較表

1)方案1：混凝土預(yù)制樁方案。

排澇站基礎(chǔ)采用直徑0.5m的預(yù)制混凝土管樁進(jìn)行處理，順?biāo)鞣较驑毒?.80m，垂直水流方向樁距2.50m，樁深入強(qiáng)風(fēng)化巖層4.0m，平均樁長(zhǎng)22.0m，泵房底板長(zhǎng)×寬為34.01m×28.67m，共布樁224根，總長(zhǎng)4928m。

2)方案2：鉆孔灌注樁方案。

排澇站基礎(chǔ)采用直徑1.0m的灌注樁進(jìn)行處理，均布于排澇站底部，順?biāo)鞣较驑毒?.0m，共6排，垂直水流方向樁距5m，共6排。樁端進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖石深度4.0m，樁深22.0m，排澇站底板需布樁36根，總長(zhǎng)792m。

兩種地基處理方案技術(shù)上都是可行的，但各有優(yōu)缺點(diǎn)：

預(yù)制混凝土管樁有施工方便、施工進(jìn)度快、造價(jià)適中的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是施工設(shè)備比較重型，施工時(shí)容易對(duì)已施工的樁造成移位等影響。

鉆孔灌注樁優(yōu)點(diǎn)為施工設(shè)備相對(duì)較輕型，對(duì)在淤泥上施工，需要填筑的施工平臺(tái)墊層較薄，樁機(jī)移動(dòng)對(duì)已施工樁的影響較小，成樁質(zhì)量比較容易控制有保證；缺點(diǎn)方面為造價(jià)相對(duì)較高，施工中如果碰到流塑狀的淤泥，成孔困難，需加設(shè)鋼護(hù)筒，增加施工費(fèi)用[3]。

鉆孔灌注樁和預(yù)制管樁兩個(gè)方案對(duì)工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響方面兩者優(yōu)缺點(diǎn)基本一致，區(qū)別只在于施工方法上，兩者比較，預(yù)制混凝土樁方案施工方便，施工進(jìn)度快，成樁質(zhì)量有保證。綜合各方面的因素，推薦采用預(yù)制混凝土管樁方案作為基礎(chǔ)處理方案。

斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 泵房基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)圖

3 泵房穩(wěn)定計(jì)算

金牛頭排澇站為新建泵站，必須對(duì)泵房的抗滑、抗浮穩(wěn)定性和地基承載力進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 基本資料

金牛頭排澇站具體結(jié)構(gòu)尺寸詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。為簡(jiǎn)化計(jì)算，泵房穩(wěn)定計(jì)算以泵房一典型機(jī)組段(寬6.20m)作為計(jì)算單元。

3.2 計(jì)算工況

3.2.1 基本組合

1)完建期,上下游無(wú)水。

2)設(shè)計(jì)工況，外江水位為P=1%水位(2.82m)，內(nèi)江取設(shè)計(jì)運(yùn)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(nèi)江水位取泵站最高運(yùn)行水位(1.20m)。

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

3.3 安全系數(shù)

按照《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50265-2010)， 排澇站為主要建筑物，根據(jù)其工程級(jí)別，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)為：基本組合1.10；特殊組合1.05。松軟土基上泵站基底應(yīng)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(jì)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(dān)，因此無(wú)需進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，只需計(jì)算出各種工況下泵房底面水平力和豎向力，用此進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)。但泵房底板應(yīng)力不均勻系數(shù)必須滿(mǎn)足規(guī)范要求。泵房抗滑只需驗(yàn)證∑H≤∑T即可。

1)抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式如下：

(1)

2)泵房、閘室地基應(yīng)力計(jì)算按以下公式計(jì)算：

(2)

3)樁基承載力計(jì)算

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ 94-2008》，可分別進(jìn)行預(yù)制樁樁基豎向承載力和水平承載力計(jì)算。

3.5 計(jì)算結(jié)果

泵房抗滑、抗浮及地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-表4。

表2 泵房抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

表3 泵房抗浮穩(wěn)定計(jì)算成果表

表4 泵房基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算成果表

從上述計(jì)算可見(jiàn)，金牛頭排澇站預(yù)制管樁地基能滿(mǎn)足承載力和穩(wěn)定的要求，因此泵房結(jié)構(gòu)是安全的。

4 結(jié) 論

綜上所述，金牛頭排澇站泵房基礎(chǔ)處理方案的設(shè)計(jì)，在結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)情況下，綜合考量方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性、施工方面，提出經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可行的基礎(chǔ)處理方案，不但降低了泵房的沉降量，確保泵房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，而且能充分發(fā)揮金牛頭排澇站設(shè)計(jì)效益，方便運(yùn)行管理。