沉井取水泵站基礎(chǔ)處理方案優(yōu)選

辛素琴

（安徽省蕪湖市水務(wù)局規(guī)劃技術(shù)室，安徽蕪湖 241000）

1 工程概況

沉井取水泵站位于蕪湖市西南部三山區(qū)，距市中心約12 km，東依漳河，與弋江區(qū)、南陵縣為鄰，南、西與繁昌縣接壤，距繁昌約15 km；北瀕長江與無為縣隔江相望。根據(jù)規(guī)劃，新建項(xiàng)目需新建一座取水泵站，以滿足建設(shè)單位對(duì)生產(chǎn)用水要求，取水泵站取水流量為1 800 m3/h，水壓至廠區(qū)地面時(shí)不低于0.40 MPa。取水泵站需裝設(shè)4臺(tái)臥式離心泵，總裝機(jī)容量為880 kW，設(shè)計(jì)流量為2 031 m3/h，兩臺(tái)SN300-N9-445離心泵，單機(jī)容量為160 kW，兩臺(tái)SN350-M9-453離心泵，單機(jī)容量為280 kW。

站身位于繁昌江堤右岸（樁號(hào)8+210）堤內(nèi)堤腳上，工程分期實(shí)施，一期工程安裝三臺(tái)水泵，兩臺(tái)SN300-N9-445離心泵，一臺(tái)SN350-M9-453離心泵；二期工程補(bǔ)裝一臺(tái)SN350-M9-453離心泵。站身布置形式為合建式堤后泵站，樞紐建筑物主要由取水頭部、自流管、防洪控制閘、前池、主廠房、副廠房等組成。取水泵站屬Ⅲ等泵站，其主要建筑物站身等級(jí)為3級(jí)。泵房長度為21.6 m，寬為17.5 m，主廠房底板頂高程-1.6 m。

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)地勢平緩，依勘探孔孔口高程計(jì)，場地高程一般在7.05～7.36 m之間，高差約0.31 m，擬建場地屬長江沖淤積形成一級(jí)階地地貌單元。

揭露的土層有：耕填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土夾粉砂、粉細(xì)砂、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖。沉井平面圖如圖1所示。

圖1 沉井平面圖（單位：m）

各巖土層的征及其分布自上而下分述如下：

①層耕填土：層厚為0.90～2.20 m。

③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：層厚13.1～14.5 m；層頂標(biāo)高一般為4.85～6.38 m，高差約1.53 m，承載力特征值65 kPa。

④層粉土夾粉砂：層厚為6.1～7.1 m；層頂?shù)臉?biāo)高一般為-8.2～-7.88 m，高差約0.37 m，承載力特征值140 kPa。

⑧層粉細(xì)砂：揭露層厚為25.6～31.8 m；層頂標(biāo)高一般為-15.24～-14.35 m，高差約0.19 m，承載力特征值200 kPa。

⑨層強(qiáng)風(fēng)化砂巖：層厚為1.1～2.0 m；層頂?shù)臉?biāo)高一般為-46.15～-45.94 m，高差約0.21 m，承載力特征值320 kPa。

⑩層中風(fēng)化砂巖：層頂標(biāo)高一般為-48.15～-47.04 m，高差約1.11 m，未揭穿，承載力特征值2 000 kPa。

3 泵房構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)類型的選擇

為密切結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)實(shí)施合適、可靠、經(jīng)濟(jì)的施工方案，結(jié)合各施工方案特點(diǎn)，初步分析可以有以下三種施工方案：

方案一：采用基坑開挖、澆注混凝土、土方回填的施工方案，開挖邊坡為1∶2，采用土方分層開挖，自上而下全斷面一次挖完，在距地面3 m深處設(shè)置一個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階寬度為3 m，該方案土方工程量大、工期長，會(huì)影響堤防安全性。

方案二：采用混凝土灌注樁基坑支護(hù)、土方開挖、澆注混凝土、土方回填的施工方案，該方案土方開挖量小，但由于混凝土灌注樁需要達(dá)到強(qiáng)度后，才可進(jìn)行下道工序的施工，工期較長。

方案三：采用沉井結(jié)構(gòu)方案，沉井結(jié)構(gòu)方案工期短、開挖量小，不影響堤防安全。

綜合考慮以上三種施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)，前池、泵房、防洪控制閘采用沉井結(jié)構(gòu)方案。

4 沉井泵房基礎(chǔ)處理方案選擇

根據(jù)泵站方案設(shè)計(jì)，泵房的建基面高程為-4.10 m，防洪控制閘的建基面為-4.70 m，均坐落在③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。經(jīng)計(jì)算，泵房和防洪控制閘完建期的壓應(yīng)力最大，泵房最大應(yīng)力為188.7 kPa，平均壓應(yīng)力為163.9 kPa，防洪控制閘最大應(yīng)力為232.77 kPa，平均壓應(yīng)力為224.44 kPa，平均基底應(yīng)力均大于持力層③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層與④層粉土夾粉砂土層天然地基承載能力。因此，地基需進(jìn)行深加固處理，以提高承載力，降低沉降量。

4.1 樁型選擇

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件、施工環(huán)境，樁基礎(chǔ)可供選擇的樁型主要考慮鋼筋混凝土灌注樁、鋼筋混凝土管樁、預(yù)制混凝土方樁等三種結(jié)構(gòu)形式。

（1）鋼筋混凝土鉆孔灌注樁：優(yōu)點(diǎn)為灌注樁具有施工簡單、噪聲小、承載力高、適應(yīng)各類地質(zhì)條件等。主要工序的施工過程均在水下、地下進(jìn)行，不便監(jiān)視。影響正常施工進(jìn)度與施工質(zhì)量的因素較多，難以全部預(yù)見，如樁身縮徑、夾泥、斷樁、沉渣過厚等各種形態(tài)的質(zhì)量缺陷。

（2）鋼筋混凝土管樁：優(yōu)點(diǎn)為單樁承載力高、設(shè)計(jì)選用范圍廣、運(yùn)輸?shù)跹b方便、接樁快捷、施工速度快、工效高、接樁快捷、成樁質(zhì)量可靠等。缺點(diǎn)為柴油錘工作時(shí)振動(dòng)劇烈、噪聲大，孤石與障礙物多的地層不宜應(yīng)用。

（3）預(yù)制鋼筋混凝土方樁：優(yōu)點(diǎn)為在工廠或施工現(xiàn)場預(yù)制長度和截面可在一定范圍內(nèi)根據(jù)需要選擇，制作質(zhì)量較易保證，承載力高、耐久性好。具有自重較大、用鋼量較大、施工時(shí)振動(dòng)劇烈、噪聲大等缺點(diǎn)。

考慮本工程若采用預(yù)制樁，工作時(shí)振動(dòng)劇烈、噪聲大，預(yù)制樁樁長不易控制，且沉樁過程中產(chǎn)生的擠土效應(yīng)，對(duì)樁基質(zhì)量、堤防等均會(huì)產(chǎn)生不良影響，經(jīng)綜合考慮，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，以⑧層土層為持力層，樁底進(jìn)入持力層2倍樁徑以上。

4.2 沉井和打樁施工方案的選擇

沉井和打樁施工方案一般有“先打樁、后沉井”與“先沉井、后打樁”兩種。

方案一：先打樁、后沉井。即先進(jìn)行灌注樁的施工，再進(jìn)行沉井施工。

優(yōu)點(diǎn)：（1）施工工作面平坦，利于施工平面布置，樁基施工和沉井施工相互不干擾，施工便利，可縮短工期；（2）在基礎(chǔ)處理提高土體的承載力和密實(shí)度后進(jìn)行沉井施工，可防止發(fā)生質(zhì)量、安全事故，如沉井下沉?xí)r帶動(dòng)周邊地面下沉，導(dǎo)致鄰近建筑物、設(shè)施等沉降開裂；如沉井在軟土層發(fā)生突沉，沉井發(fā)生嚴(yán)重傾斜，引起井壁、框架等結(jié)構(gòu)破壞和施工人員傷亡。

缺點(diǎn)：（1）由于樁基礎(chǔ)在沉井制作前先行打設(shè)，沉井下沉過程中，沉井外圍一定范圍以及深度的土體，將從刃腳底部涌入，井內(nèi)、隔墻下方土體受擠壓向井格內(nèi)水平移動(dòng)，使已打設(shè)的樁體發(fā)生水平位移、傾斜，在沉井刃腳處會(huì)發(fā)生斷樁現(xiàn)象；（2）工程措施費(fèi)較高。

方案二：先沉井、后打樁。即先進(jìn)行沉井施工，再進(jìn)行灌注樁的施工。

優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)樁基的擾動(dòng)影響較??；（2）工程措施費(fèi)相對(duì)較低。

缺點(diǎn)：（1）軟基上進(jìn)行沉井下沉，可能發(fā)生突沉，導(dǎo)致質(zhì)量安全事故；（2）施工條件受限制，不便樁基施工；（3）樁基設(shè)備運(yùn)行的振動(dòng)等，可能使已下沉就位的沉井結(jié)構(gòu)，發(fā)生沉降、位移或傾斜。

4.3 施工方案的確定

綜合考慮施工方案的優(yōu)、缺點(diǎn)、工程實(shí)際，本工程采用先打樁后沉井的施工方案，該方案的缺點(diǎn)可通過采取其他的工程措施給予防范。

4.4 地基處理方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）采用高壓噴射注漿方法。

在樁打設(shè)完成后沉井制作前，在沉井底部范圍一定深度內(nèi)采用高壓噴射注漿方法，對(duì)土層進(jìn)行加固處理，以加強(qiáng)樁間土的強(qiáng)度，提高樁體的抗側(cè)移能力、抗水平荷載能力，增加地基的水平抗力系數(shù)，降低灌注樁發(fā)生樁頂水平位移的可能性，防止斷樁情況發(fā)生，增強(qiáng)土體的防滲性能。

（2）沉井采用不排水下沉施工方案。

利用水壓力抵消沉井下沉到設(shè)計(jì)高程時(shí)，產(chǎn)生的涌土土體對(duì)樁的水平推力，防止刃腳周圍出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。根據(jù)井壁形式及沉井平面形狀大小，采取單獨(dú)沉井，分2次制作、1次下沉。施工程序：施工前準(zhǔn)備→測量放線→基坑開挖（基坑排水）→鋪設(shè)墊層、安裝墊架→制作底節(jié)、第二節(jié)沉井及隔墻→拆除墊架、拆除模板→井內(nèi)灌水→水中抓土下沉到設(shè)計(jì)深度→水下沉井封底、澆筑鋼筋混凝土底板→制作第三節(jié)沉井。

5 地基處理效果

施工完成后，經(jīng)過勘驗(yàn)和沉降觀測，未發(fā)生斷樁現(xiàn)象，泵房沉降量滿足規(guī)范要求。該沉井泵房2011年汛前竣工運(yùn)行，至今已有8年，經(jīng)受了2015年長江大水的考驗(yàn)，運(yùn)行情況良好，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

軟弱地基上沉井泵房地基處理方案，應(yīng)根據(jù)各方案的優(yōu)、缺點(diǎn)，保證沉井本身的質(zhì)量和安全，考慮施工時(shí)可能發(fā)生的問題，綜合考慮工程實(shí)際情況確定。沉井施工方案應(yīng)根據(jù)地基處理方案確定，保證沉井施工的順利進(jìn)行。