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(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

1 工程概況

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

本工程為已建泵站擴(kuò)機(jī)增容，并對(duì)現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備相應(yīng)改造并配備必要的管理設(shè)施，結(jié)合正在開展實(shí)施的黃蓋湖防洪治理工程，加快災(zāi)后水利薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)，提高黃蓋湖地區(qū)排洪能力，可減少分洪損失，減輕防汛負(fù)擔(dān)，降低澇災(zāi)損失。泵站已有裝機(jī)6 000 kW，設(shè)計(jì)排水流量為108 m3/s，本次擴(kuò)建1 臺(tái)裝機(jī)容量3 000 kW，另新增1 臺(tái)裝機(jī)容量3 000 kW 的備用機(jī)組，設(shè)計(jì)排水流量36 m3/s。工程總投資1.13 億元，計(jì)劃工期12 個(gè)月。

2 泵基工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

站址位于江南垸最北端，緊鄰長(zhǎng)江一線防洪大堤，垸內(nèi)屬河湖相沖湖積平原，地形平坦，工程區(qū)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(tǒng)沖湖積層，巖性主要為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土，堤垸內(nèi)厚度一般20～25 m，主泵房基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土，土層厚約11 m，下腹為含炭質(zhì)灰?guī)r，淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土主要呈軟塑狀（均值IL=0.88），局部可塑狀態(tài)，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(qiáng)度較低，標(biāo)貫擊數(shù)3～5，力學(xué)強(qiáng)度差[1]，固結(jié)排水時(shí)間長(zhǎng)，在建筑物不均勻載荷下，易發(fā)生地基不均勻沉陷現(xiàn)象，因此，需對(duì)主泵房基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

3 泵基基礎(chǔ)處理形式選擇

根據(jù)本工程主泵房基礎(chǔ)地質(zhì)情況，針對(duì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(yù)制管樁及鉆孔灌注樁等，本工程淤泥質(zhì)土層相對(duì)較厚，換填明顯不經(jīng)濟(jì)。因此，本工程擬采用水泥土攪拌法、預(yù)制管樁及鉆孔灌注樁3 個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，擇優(yōu)選擇本工程主泵房基礎(chǔ)的加固處理方案。

4 泵基基礎(chǔ)處理形式比選分析

4.1 處理方案擬定

根據(jù)本泵房布置情況，泵房布置在堤內(nèi)，基礎(chǔ)位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土上，承載力低，基礎(chǔ)處理主要考慮基礎(chǔ)承載力要求和變形要求，按照上述初擬的三種基礎(chǔ)加固處理方案，分別擬定各方案的布置形式；根據(jù)泵房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)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(yīng)力約為260 kPa，水泥土攪拌樁為復(fù)合加固地基，其它兩種方法為樁基加固，根據(jù)各方案基礎(chǔ)處理計(jì)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(zhǎng)11 m，間距1.2 m，呈等邊三角形布置。

預(yù)制管樁方案：樁徑0.8 m，采用預(yù)制圓管樁，樁長(zhǎng)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(hù)壁鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)13 m，要求嵌入弱風(fēng)化基巖，間距3 m，呈等邊三角形布置。

4.2 施工技術(shù)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(zhì)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(wú)公害、成本低、施工工期短，對(duì)場(chǎng)地要求不高，并且施工過(guò)程中無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、無(wú)地面隆起，不污染環(huán)境，對(duì)相鄰建筑物影響較??；目前，水泥土攪拌樁機(jī)械設(shè)備發(fā)展較快，施工工藝漸趨成熟，適合不同的地質(zhì)條件和工程用途，在提高施工效率的同時(shí)也大大提高了樁體的承載能力。

2）預(yù)制管樁。預(yù)制管樁的生產(chǎn)成本低，配筋率較小，可節(jié)約鋼材，直徑小比表面積大，施工簡(jiǎn)單，可在工廠集中生產(chǎn)，技術(shù)難度相對(duì)低，能連續(xù)施工，施工工期較短，對(duì)工期緊張的工程比較適宜，在松散土和非飽和填土中會(huì)起到加密、提高承載力的作用，但預(yù)制樁施工機(jī)械設(shè)備占用空間大，對(duì)場(chǎng)地狹窄或需在強(qiáng)度較低的土層上施工時(shí)，需要特殊處理，另外錘擊或振動(dòng)法下沉施工時(shí)，噪聲較大，影響周邊環(huán)境；其次施工過(guò)程中的擠土效應(yīng)還會(huì)對(duì)周邊建筑物產(chǎn)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(duì)較長(zhǎng)，承載能力高，受力相對(duì)較穩(wěn)；既不存在擠土負(fù)面效應(yīng)，又具有穿越各種硬夾層、嵌巖和進(jìn)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(diào)空間大；施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)地面隆起或側(cè)移，對(duì)周邊建筑物影響小，且對(duì)施工場(chǎng)地要求較低。

4.3 基礎(chǔ)工程質(zhì)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(fā)生在樁體上部，其樁長(zhǎng)強(qiáng)度存在一定限制，水泥土樁從承載力角度來(lái)看，存在有效樁長(zhǎng)，當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò)該有效樁長(zhǎng)時(shí)，超過(guò)部分的樁體承載力很小、甚至不起作用，從而造成浪費(fèi)。在工程應(yīng)用中，由于設(shè)計(jì)方法相對(duì)保守，復(fù)合地基承載力受樁體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度限制，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)中置換率過(guò)高。另外，在工程實(shí)踐中，由于攪拌機(jī)械的性能及施工監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)落后，成樁質(zhì)量缺乏監(jiān)控裝置，斷樁現(xiàn)象往往需要現(xiàn)場(chǎng)人工監(jiān)控等，再加上管理環(huán)節(jié)薄弱，樁基質(zhì)量難以保證，從而可能影響整個(gè)工程的正常使用[2]。

2）預(yù)制管樁。施工時(shí)受起吊設(shè)備能力的限制，單節(jié)不宜過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)樁需要接樁，接頭處容易形成薄弱環(huán)節(jié)；預(yù)制樁的擠土效應(yīng)在本工程這類飽和粘性土中是負(fù)面的，容易引發(fā)預(yù)制樁斷樁、縮頸等質(zhì)量事故；其次對(duì)于擠土預(yù)制混凝土樁會(huì)導(dǎo)致樁體上浮，降低承載力，增大沉降；因此，預(yù)制管樁在這類地基條件下基礎(chǔ)工程質(zhì)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(xiàn)斷樁、縮頸、夾泥的情況，另外對(duì)于嵌巖端承樁鉆孔底部的樁底沉渣（虛土）對(duì)樁基承載力的發(fā)揮影響較大，需要清理干凈，否則對(duì)樁基質(zhì)量影響較大；目前樁基施工技術(shù)日漸成熟，清孔技術(shù)也比較成熟，針對(duì)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(jié)構(gòu)，目前樁基質(zhì)量檢測(cè)手段較為先進(jìn)，能快速地對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，即使出現(xiàn)斷樁、縮頸、夾泥的情況，也能迅速檢測(cè)出并進(jìn)行相應(yīng)的處理；因此，鉆孔灌注樁施工質(zhì)量相對(duì)來(lái)說(shuō)較易保證。

4.4 工程投資對(duì)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(gè)方案相差不是很大。

表1 泵基基礎(chǔ)處理工程投資對(duì)比表

4.5 比選結(jié)論

根據(jù)上述分析比較，水泥土攪拌樁方案，工程投資最省，但成樁質(zhì)量缺乏監(jiān)控裝置，再加上管理環(huán)節(jié)薄弱，樁基質(zhì)量難以保證；預(yù)制管樁與鉆孔灌注樁方案，工程投資相當(dāng)，但預(yù)制管樁接頭處容易形成薄弱環(huán)節(jié)，擠土效應(yīng)在飽和粘性土中是負(fù)面的，容易引發(fā)斷樁、縮頸等質(zhì)量事故，在本工程這類地基條件下工程質(zhì)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(shù)較為成熟，樁基檢測(cè)手段也較為豐富，能較好地對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行控制，施工質(zhì)量相對(duì)來(lái)說(shuō)較易保證，且與預(yù)制管樁投資相當(dāng)，比水泥土攪拌樁方案投資也僅增加44 萬(wàn)，相較工程總投資而言，增幅較小，從確保工程質(zhì)量安全的角度來(lái)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(chǔ)加固處理方案。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)淤泥質(zhì)土地基加固處理的方法較多，本文結(jié)合工程實(shí)際情況，因地制宜，選擇合理的處理方法，既經(jīng)濟(jì)又能使工程安全可靠。本工程結(jié)合工程區(qū)泵基基礎(chǔ)地質(zhì)條件，選擇水泥土攪拌樁、預(yù)制管樁、鉆孔灌注樁三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，擇優(yōu)確定了本工程的泵基基礎(chǔ)加固處理方案，可供有類似工程地質(zhì)問(wèn)題的基礎(chǔ)處理工程參考。