新开河口灌排站产生不均匀沉降的论证分析
2012-06-30王锦
王 锦
(辽宁省水利水电勘测设计研究院 沈阳 110006)
1 概述
盘锦市盘山县新开河口灌排站枢纽工程建于1997年秋冬季，1998年5月开车通水，泵站装机容量4800kW。
由于该站当初建设时间紧迫，而且位于新开河老河道内的淤泥质河滩地上，地质条件复杂，加之长年满负荷长时间运转，泵站存在以下问题:
主体厂房分3节共两道伸缩缝，第一道伸缩缝开裂宽度14cm，不均匀沉陷8～12cm;第二道伸缩缝开裂宽度约为5cm，不均匀沉陷5～8cm，且呈东南向西北扭曲下沉，2008年加速开裂和下沉，由此产生厂房由东南向西北接缝处开裂及倾斜。
2 泵站沉降原因的分析论证
由于安装间和主副厂房坐落在不均匀的软基和一个由冬季施工填筑的三角形回填土基础之上，当时采用的基础换砂处理，其处理深度在8～9m，在冬季施工，场地狭小，砂土碾压很难保证质量。不可必免地产生了较大的沉陷。
2.1 沉降原因的定性分析
结合《新开河口灌排站枢纽工程现状安全检测报告》和《新开河口灌排站现状调查分析报告》的沉降原因分析结果以及工程竣工验收资料，对产生不均匀沉降的原因作了进一步分析。
安装场实际沉降约为140mm，主泵间也有约50mm沉降，其主要原因为:
a.安装间下部原有地层压缩模量较小，压缩性较高;原有地层在上部荷载作用下产生沉降。
b.由于泵房开挖时安装场基础下有楔形回填土层存在，其斜坡下部土层并没有进行换填处理。并且因工期较紧，回填工作在冬季完成，回填质量不高，在回填土中也可能存在不同程度的冻块。综合分析后认为:泵站安装场及主泵间程呈东南向西北方向扭曲下沉，在泵站主厂房⑦～⑧轴线段(即安装场段)倾角约有8°，使⑦～⑧轴线变形缝处出现约10～12cm宽的裂缝，上下错移约有15cm，表明回填土的地基承载力要好于斜坡段原状土的地基承载力，但均不能满足地基承载力的要求，从沉降的状况可以看出，这是产生沉降的主要原因。
c.主泵间基底低于安装场基底近7m，而安装间基础下面以粉土为主，密实度较差，在水泵房设备运行时产生的动荷载使安装间下土层产生蠕变，进而产生较大沉降。
d.主泵间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冻块。并且回填面凸凹不平，最薄处不到1.0m，平均回填厚度2.0m，这样使回填质量不高，达不到设计要求。水泵设备动荷载也是其中的原因之一。
2.2 沉降原因的定量分析
2.2.1 安装场沉降计算分析
2.2.1.1 土层分析
根据现有地勘资料，并考虑到形成时间、人工扰动因素及后期由局部渗流引起的不利影响，各层土的参数取值如下:
第二层:粉黏交互层，压缩模量 Es=4.2～4.4MPa，此层承载力特征值取90kPa;
第三层:粉土层，压缩模量Es=3.7MPa，此层承载力特征值取130kPa;
第四层:细砂层，压缩模量Es=6.3MPa，此层承载力特征值取160kPa;
2.2.1.2 沉降计算
压缩模量 Es=3.7MPa，基底承载力特征值取130kN/m2，安装间的基础尺寸为10.5m×6.37m。沉降计算公式如下:
式中 S——地基最终变形量，mm;
S'——按分层总和法计算出的地基变形量;
ψs——沉降计算经验系数，ψs=0.2～0.4;
n——地基变形计算深度范围内划分的土层数，n=5;
p0——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力，p0=289.8kPa，233.6kPa;
Esi——基础底面第i层土的压缩模量，取每层土复合压缩模量Esp，Esi=3.5MPa。
2.2.1.3 计算结果及分析
通过上述公式计算出的最终沉降量S=87.36mm。
2.2.2 主泵间沉降计算分析
计算公式同上，压缩模量Es=6.3MPa，基底承载力特征值取160kN/m2，主厂房的基础尺寸为10.5m×17.98m，计算出的最终沉降量S=9.18mm。
3 结语
从计算结果可以看出，安装间基础沉降量较大，这是由于安装场处在楔形回填土及开挖边坡上，开挖边坡的原状土相对较软弱，因而产生较大沉降，这是安装场与主泵间出现较大沉降差的主要原因。而主泵间是由于安装场的较大沉降变形，加之当初是在冬季施工，换砂回填碾压质量难免受到一定影响，从而产生一定不均匀沉降。但安装场实际沉降约140mm，主泵间实际沉降约50mm，比计算量均大，表明地基已处在失稳状态，必须进行加固处理。
通过以上的分析论证和深入研究比较，最终确定采用C.G.S(Compaction Grouting System)工法对整个泵站进行基础加固处理。通过两年的运行考验，证明该方法可以成功地用于水利工程水工建筑物基底加固。
1 江正荣.地基与基础施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2005.
2 唐业清.简明地基基础设计施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.
