洪庄子泵站软土地基基础处理效果分析

武庆安

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

洪庄子泵站软土地基基础处理效果分析

武庆安

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

排涝泵站多建于低洼地段，地质条件相对较差，常因承载力不足、沉降过大而需要地基处理。洪庄子泵站天然地基沉降达183mm，沉降量过大，采用灌注桩处理后基础沉降达到了使用要求。现场检测及竣工后的沉降观测表明灌注桩基础满足泵房对地基承载力及沉降的要求。

洪庄子泵站；地基处理；灌注桩；桩基检测

1 工程概况

洪庄子泵站［1］位于天津市武清区大碱厂镇龙凤河上，是一座以排涝为主的中型泵站。2010年1月对该泵站进行拆除重建，同年8月竣工投入使用。

泵站场区地势平坦，地面高程5.8～6.8m。基础勘察深度范围内揭露的主要为第四系地层，有壤土、粘土、重粉质壤土、中粉质壤土、轻粉质壤土和细砂等，由上至下共9层，见表1。

表1 地基土物理力学指标［1］

泵房底板顺水流方向长15m，垂直水流方向宽34.4m，分左、右两块，单块宽17.2m；泵房右侧布置检修间，检修间底板长8m，宽6.5m。泵房建基高程-0.9m，坐落于3层重粉质壤土上。由于地基受力层压缩性较高，为满足泵房地基变形要求，采用了钻孔灌注桩基础。底板及桩基布置见图1。

2 天然地基稳定及沉降验算

2.1 荷载

图1 泵房底板及桩基布置图

2.2 稳定及沉降验算

抗滑稳定计算采用抗剪断公式（6.3.4-2）［2］，其中的取室内饱和固结快剪试验值的0.2倍，其他参数按规范规定选取；地基应力计算采用双向受力公式（6.3.8-2）［2］。计算成果见表2。

表2 泵房抗滑稳定及地基应力计算成果

沉降计算采用公式（5.3.5）［3］。新建泵房坐落于原泵站前池内，建基高程与原前池高程基本一致，以基底平均应力84kPa作为附加应力；压缩层为粘土及粉质壤土，压缩模量4.43～7.47MPa，沉降经验系数取1.3。考虑右块荷载的影响，按应力叠加原理采用角点法计算基础沉降量，成果见表3。

表3 泵房地基沉降量计算成果

根据计算结果，泵房抗滑稳定安全系数、基底应力均满足规范要求，但地基应力不均匀系数偏大；泵房地基沉降量及不均匀沉降造成的倾斜不满足规范要求，应对泵房地基进行处理，降低基础沉降量、减小沉降差。

3 地基处理方法

本工程地基处理［4-5］目的为降低沉降量、减小沉降差，同时也应满足泵房对地基承载力的要求。常用处理方法有垫层法、强夯法、深层搅拌法、混凝土灌注桩等。

垫层法多用于处理厚度不大的软土地基，可改善地基应力分布、减少沉降量。本工程压缩性较高的软土层厚13.6m，垫层的换填厚度一般不宜大于3m，换填后沉降量控制效果不明显。因此，垫层法不适用于本工程地基处理。

强夯法多用于处理透水性较好的松软地基，特别是松散的砂土地基，可增加地基承载力、减少沉降量。本工程基础软土渗透系数介于5×10-7～2×10-6cm/s，透水性较差，采用强夯法处理地基易形成橡皮土，不易达到处理目的。因此，强夯法不适用于本工程地基处理。

深层搅拌法多用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘性土，可提高地基承载力、减少沉降量，但地下水具有侵蚀性时不宜采用。本工程地下水埋深1.35～4.3m；地下水SO2-4含量2671mg/L，游离CO2含量131mg/L，对混凝土具结晶类硫酸盐型强腐蚀性。因此，本工程地基处理不宜采用深层搅拌法。

混凝土灌注桩主要用于处理深厚的松软地基，特别是上部为软土、下部为硬土的地基，能够大幅减少地基沉降量，且能提高地基承载力和抗滑稳定性。根据地质资料，本工程地基上部为13.6m厚的压缩性较高土层，下部为轻粉质壤土及细砂等压缩性较低的土层，采用灌注桩处理地基相对合理。

根据各处理方法适用条件，结合本工程具体情况，确定采用混凝土灌注桩处理泵房地基。

4 桩基设计

4.1 布置

本工程灌注桩直径0.8m，矩形布置，排距、间距均为2.4m，左底板下布桩42根、右底板下布桩42根、检修间下布桩9根，共计93根（如图1）。根据地质条件，拟定桩长14.5m，桩端进入轻粉质壤土层。为提高抗地下水腐蚀性能，桩体混凝土强度等级设计为C35。 桩身配16Φ20HRB335级主筋，Φ10HPB235级箍筋，主筋保护层厚度6cm。

4.2 承载力验算

根据桩基设计参数、土力学指标、泵房底板所受外荷载，采用相关公式［6］计算单桩竖向承载力、水平承载力及其所受外荷载。水平承载力特征值计算中，桩侧土水平抗力系数的比例系数m取6000kN/m2。计算成果见表4。

表4 单桩承载力计算成果 单位：kN

由表4可知，单桩承载力特征值大于其分担的外荷载，满足泵房承载力要求。

4.3 沉降验算

桩基最终沉降量计算采用公式（5.5.6）［6］，方法为等效作用分层总和法。附加应力取承台底附加应力84kPa；沉降计算经验系数ψ取0.9；等效沉降系数ψe取0.46。计算成果见表5。

表5 泵房桩基沉降量计算成果

由表5可知，泵房桩基沉降量及不均匀沉降造成的倾斜均满足规范要求。

5 桩基检测

为检验施工质量与设计成果并为桩基验收提供可靠依据，对工程桩进行了检测［7-8］。检测项目包括桩身完整性、竖向承载力及水平承载力。

5.1 桩身完整性检测

桩身完整性检测采用低应变法，共抽检10根工程桩。检测显示桩身内应力波传播速度c介于3690～4180m/s，平均波速Cm为3950m/s；2L/c（L为测点下桩长）时刻前均有桩底反射波而无缺陷反射波。根据检测数据分析，抽检基桩结构完好，全部为Ⅰ类桩，桩的施工质量良好。

5.2 单桩竖向承载力检测

单桩竖向承载力检测采用高应变法，共抽检3根工程桩。检测采用的激振锤重2500kg，落距1.0m。检测结果桩的最大动位移分别为3.94，4.61，3.52mm，单桩竖向极限承载力分别为1576，1599，1767kN，平均1647kN。按极限法取值抽检基桩平均竖向承载力特征值为823.5kN，略低于设计值884.2kN，但满足泵房竖向承载力要求。

5.3 单桩水平承载力检测

单桩水平承载力检测采用水平静载试验，共抽检3根工程桩。采用慢速维持荷载法分级加载，分级卸载，最大加载至380kN。根据静载试验数据绘制水平力—位移梯度（H—ΔY0/ΔH）关系曲线，第2拐点对应的荷载值为342kN，即水平承载力极限值为342kN。按极限法取值抽检基桩水平承载力特征值为171kN，与设计值178.1kN基本一致，满足泵房水平承载力要求。

6 结语

（1）洪庄子泵站天然地基沉降量过大，对地基进行处理是必要的。

（2）灌注桩常用于处理深厚的松软地基，能够大幅减少地基沉降量。结合本工程地质条件及减少沉降量的要求，采用灌注桩处理地基是合理的。竣工后的沉降观测亦表明灌注桩的减沉效果明显。

（3）检测结果显示桩基承载力满足要求，并且承载力检测值与设计值基本一致，说明设计合理。

（4）桩基设计参数一般根据土性指标选取，规范所列参数并非固定值而是在一定范围内由设计人员选定。土性指标的准确性及设计人员的工程经验都会影响参数的选取，因而设计值与实测值存在差异是必然的。为保证桩基达到安全、经济的设计效果，应在桩基施工前进行试桩，以检验设计成果并为优化设计提供可靠依据。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.洪庄子泵站初步设计报告［R］.2009.

［2］GB/T50265—97，泵站设计规范［S］.

［3］GB50007—2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［4］龚晓南.地基处理手册（第三版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［5］史佩栋.桩基工程手册（桩和桩基础手册）［K］.北京：人民交通出版社，2008.

［6］JTJ94—2008，建筑桩基技术规范［S］.

［7］天津华勘基础工程检测有限公司.洪庄子泵站桩基工程检测报告［R］.2010.

［8］JTJ106—2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

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1672-9900（2011）03-0062-03

2011-03-30

武庆安（1971—），男（汉族），河北文安人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作，（Tel）13642077381。