池州市清溪河排涝站地基处理设计

王 杨， 薛 龙

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230000)

池州市清溪河排涝站地基处理设计

王 杨， 薛 龙

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230000)

文章介绍了池州市清溪河排涝站工程区地质构造，分析和研究了站身地基处理方案，通过对地基采用钉形水泥土双向搅拌桩进行加固，从而有效提高地基承载力，减少地基的沉降变形。

地基处理；钉形水泥土双向搅拌桩；地基承载力特征值

清溪河排涝站具有抽排及自排功能，设计抽排流量为24.0m3/s，设计自排流量为30.0m3/s，设计净扬程为6.1m，总装机容量2700kW，安装6台1200ZDB-85型潜水泵，配套YQGN990-12电机，单机容量450kW，排涝出水涵洞穿越白洋河堤防。工程等别为Ⅲ等，站身、排涝进水闸、前池、压力水箱级别均为3级。由于白洋河堤防级别为2级，排涝出水涵穿越白洋河堤防，建筑物级别为2级。

1 泵站地基处理设计

1.1 区域地质概况

拟建清溪河排涝站工程区内出露地层主要为第四纪堆积物和奥陶纪沉积岩。根据钻探揭露，地层自上而下分为5层，分层描述如下：①层杂填土，主要成份为轻粉质壤土，局部填筑有软塑状的灰色粘土及腐殖质；②层轻粉质壤土，可塑状态，湿，干强度中等；③层淤泥质轻粉质壤土，流塑状态，夹软塑轻粉质壤土，饱和，含粉细砂、有机质、腐殖质等，闻有臭味；④层含卵石圆砾，中密，饱和，该层以圆砾为主，颗粒为圆形和亚圆形，主要充填物为中粗砂，中密状，颗粒级配一般；⑤层中风化石灰岩，结构部分破坏，岩体较完整，为较软岩。站身建基面均在③层淤泥质轻粉质壤土层，土层软弱，压缩性高，天然地基承载力仅70kPa，标贯击数平均值2.3。

1.2 建筑物稳定计算

站身为整体式结构，无倾覆问题，故不需计算抗倾稳定性，仅计算抗滑、抗浮稳定性和基底应力。

(1)计算公式。抗滑稳定安全系数计算如式(1)

(1)

其中，Kc为土基抗滑稳定安全系数；∑G为作用于站身基础底面以上的全部竖向荷载(包括构筑物基础底面上的扬压力在内)；∑H为作用于站身基础底面以上的全部水平荷载；f为站身基础底面与地基之间的摩擦系数，站身底板坐落在3层淤泥质轻粉质壤土上，取f=0.22。

基底应力计算公式如式(2)

(2)

其中，σmax、σmin分别为站身基础底面应力的最大、最小值；∑Mx、∑My分别为作用于站身基础底面以上的全部水平向和竖向荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩；Wx、Wy分别为站身基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩；A为站身基础底面面积。

抗浮稳定安全系数计算公式如式(3)

(3)

其中，Kf为抗浮稳定安全系数；∑V为作用于站身基础底面上的全部重力；∑U为作用于站身基础底面上的扬压力。

基础底面应力不均匀系数计算公式如式(4)

(4)

(2)计算工况及计算结果。计算成果如表1所列。

表1 站身稳定计算成果表

表1结果表明，站身抗滑、抗浮安全系数均满足规范要求。基底应力大于天然地基允许承载力，不满足设计要求，地基应加固处理。

1.3 地基处理方案拟定

浅部地基常用的处理方法有：换土法、钻孔灌注桩法、压密注浆法及水泥土搅拌桩法等，换土法施工简单、质量可控，但本工程软弱土层较厚，不适宜采用换土法；钻孔灌注桩法技术成熟，但工程造价较高；压密注浆法施工质量较依赖于工人的施工经验，质量可控性较差，但工程造价较低；水泥土搅拌桩法工艺简单，施工速度快且造价较低，但是施工过程中难以保证桩体水泥土搅拌均匀，且在土压力、孔隙水压力、喷浆压力的相互作用下，水泥浆沿钻杆上行，普遍存在地面冒浆现象，影响地基水泥浆掺入量，从而影响工程质量。

经综合分析，本工程拟采用在常规水泥土搅拌桩基础上加以改进后形成的新型地基加固处理方法，即钉形水泥土双向搅拌桩法进行软基加固。施工时将水泥土搅拌桩成桩机械的钻杆改进为同心双轴钻杆，通过正反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土，阻断水泥浆上冒途径，保证水泥浆在桩体中均匀分布和搅拌均匀，确保成桩质量。

1.4 钉形水泥土双向搅拌桩设计

钉形水泥土双向搅拌桩应按复合地基要求计算，并进行地基变形验算。

根据经验，钉形水泥土双向搅拌桩的扩大头高度宜不大于桩长的1/3，下部桩径不宜小于500mm，上、下桩径比宜在1.8～2.4之间，桩间距应根据复合地基的承载力、建(构)筑物允许沉降量、土性、施工工艺等确定，宜取1.8m～2.4m。钉形水泥土双向搅拌桩桩身水泥掺入比应根据单桩承载力，通过室内配比确定，水泥掺入量宜为被加固湿土质量的12%～18%。水灰比可选用0.50～0.60，地基含水量高者取小值。根据土质条件可适当选用添加剂，添加剂的选用应先进行室内配比试验。

本工程初拟桩径0.5m，扩大头部位桩径1.0m，桩长10.0m，其中扩大头部位桩长3.0m，桩距2.0m，深入④层卵石层不小于1.0m。钉形水泥土双向搅拌桩桩身水泥掺入比取16%，共布置259根桩。

在钉形水泥土双向搅拌桩与刚性基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取0.3m～0.5m。考虑到本工程地基防渗要求，在钉形水泥土双向搅拌桩与站身底板之间设置0.5m厚的水泥土褥垫层。

1.5 复合地基承载力计算及地基变形计算

(1)复合地基承载力计算。钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载力特征值按式(5)计算：

(5)

经计算，单桩承载力特征值为136.4kN，复合地基承载力为118.4kPa。站身最大基底应力为114.11kPa，小于复合地基承载力，满足设计要求。

(2)地基处理后的变形验算。地基处理后的变形计算文[4]的有关规定计算。复合土层的分层与天然地基相同(在变截面处应分层计算)，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量与桩体压缩模量按照面积置换率加权平均，计算公式为

(6)

其中，Espi为第i层土体深度范围内复合地基压缩模量；Ep为桩体压缩模量；mi为第i层土体深度范围内桩体面积置换率；Esi为第i层土体深度范围内地基土压缩模量。

地基变形计算深度应大于复合地基的处理深度，并应符合文[1]中地基变形计算深度的有关规定。

竖向承载的钉形水泥土双向搅拌桩复合地基沉降包括扩大头深度范围内复合土层平均压缩变形量s1、下部桩体深度范围内复合土层平均压缩变形量s2和桩端下部未加固土层平均压缩变形量s3。s1按式(7)计算

(7)

(8)

经计算，加固后站基沉降量为50mm，较加固前减少了46mm，满足设计要求。

2 结束语

本工程软土地基采用钉形水泥土双向搅拌桩进行加固，提高了地基承载力，减少了地基的沉降变形，计算结果满足规范和设计要求。工程实施后，经现场单桩复合地基静载荷试验，结果亦满足设计要求，达到预期的效果。地基处理方法很多，随着科学技术的不断进步，新的地基处理方法不断出现，本文只是其中的一种，为类似工程提供一定参考。

[1] GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2] 工程地质手册编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3] 徐至钧，曹名葆.水泥土搅拌法处理地基[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4] 安徽省水利水电勘测设计院.池州市清溪河流域综合治理工程初步设计报告[R].2011.

(责任编辑 陈化钢)

Ground treatment design of Chizhou QingXi River Pumping Station

WANG Yang， XUE Long

(Anhui Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower，Hefei 230000,China)

This paper introduces the Chizhou QingXi River pumping station project geological structure, analyzes and researches foundation treatment scheme of the station, through the ground improvement by T-shaped bidirectional deep mixing column, thus effectively improve the subsoil bearing capacity and reduce settlement deformation.

ground improvement；T-shaped bidirectional deep mixing column；characteristic value of subgrade bearing capacity

2015-05-05；

2015-05-11

王 杨(1984-)，女，安徽东至人，助理工程师，主要从事水利工程规划设计工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.03.005

TV223

A

1671-6221(2015)03-0013-04