龙滩庵泵站基于双层地基渗流分析的地基加固处理

路苗娥

龙滩庵泵站基于双层地基渗流分析的地基加固处理

路苗娥

一、工程概况

龙滩庵排涝泵站位于舒城县杭埠镇，丰乐河大堤右岸，设计为拆除重建。重建站址选择在老站附近，设计排涝流量16.0m3/s，共布置5台1200ZLB-85立式轴流泵和1台700QZ-70潜水轴流泵，总装机2188kW。泵站采用堤后式布置，湿式泵房，顺水流向依次布置引水渠、进水（检修）闸、前池、泵房、压力水箱、排涝控制闸、穿堤涵洞和出口防洪闸，排涝水入丰乐河。

二、工程地质

龙滩庵站勘察深度范围内揭露的地层自上而下为：

人工填土（Q4ml）：中、重粉质壤土为主，灰黄、黄色，稍湿～湿，可塑，分布于堤防段，层底高程9.29～11.10m。

①1层（Q4al）：中、重粉质壤土，灰、灰黄色，湿，可塑，局部夹砂壤土，普遍分布，层底高程3.34～7.50m。

①2层（Q4al）：淤泥质重粉质壤土，灰色，很湿，流塑～软塑，局部夹砂壤土、细砂薄层，普遍分布，层底高程-0.16～5.20m，渗透系数建议值K淤=4.0E-6cm/s。

④层（Q3al）：细、中砂，灰色，饱和，中密～密实，普遍分布，局部勘探孔未钻穿，已揭露最大层厚7.9m，最深层底高程-6.60m；渗透系数建议值K砂=1.0E-3cm/s。

⑤层（Q3al）：砂砾石，灰黄、灰色，饱和，密实，砾石粒径5～20mm，含量约50%，普遍分布，未钻穿，已揭露最大层厚22.3m，最深层底高程-26.86m；渗透系数建议值K砾=5.0E-2cm/s。

三、渗流分析

泵房、前池和进水闸基础均坐落在细、中砂层，穿堤涵洞基础坐落在淤泥质重粉质壤土层，地基渗透系数比值K砂/K淤=250，根据《堤防设计规范》“上部弱透水层与下部强透水层渗透系数比值大于100即可按双层地基计算”，确定龙滩庵站地基渗流属双层结构地基。细、中砂层和砂砾石层渗透系数比值K砾/K砂＜100，可归并为一层，归并后渗透系数取加权平均值，厚度取两层厚度之和。

1.计算模型

站身和进水闸段弱透水层取为混凝土底板，渗透系数取1.0E-8cm/s，厚度取底板厚度；引水渠和前池简化为水塘；穿堤涵洞段弱透水层为淤泥质重粉质壤土层，厚度2.1m。

前池底板虽为混凝土结构，但设置了排水孔和反滤层，模型简化时可将底板取不同渗透系数来模拟不同排水效果：排水畅通，效果良好，取底板等效渗透系数为1.0E-3cm/s（等同于细中砂层，后按《多层地基和减压沟井的渗流计算理论》将前池等效为完整减压井计算，前池剩余位势近似吻合）；排水孔部分堵塞，排水效果一般，取等效渗透系数为1.0E-4cm/s；排水孔大部分堵塞，排水效果不好，取等效渗透系数为1.0E-5cm/s（近似等同于重粉质壤土层）。

简化后地基模型见图1。

图1 龙滩庵泵站双层地基计算模型图

2.渗流计算

计算采用《堤防设计规范》附录E. 7.3公式，用递推法计算临水侧和背水侧的不透水等效长度。背水侧考虑新建引水渠（长约200m，底宽12.5m）的减压短沟作用和前池的减压透水作用，细中砂层在引水渠后简化为砂层尖灭，故背水侧不透水等效长度计算时S0取0.441T0。

以背水侧第一段为例计算如下：

同理依次计算其余段，计算成果见表1。

求得S下、S上后，按下式计算背水侧各部位弱透水层下的剩余位势：

泵房前端、前池末端和进水闸前端剩余位势和出逸坡降见表2。

由表2可知前池排水效果不同时堤防内侧剩余位势变化较大，如泵房前端剩余位势由30.8%减小到10.6%，变化率约减小了65%，说明前池设置排水孔对地基的渗透压力变化影响很大，前池排水顺畅可极大的减少泵房底部的渗透压力，对泵房稳定有利。

表1 堤内外相对不透水等效长度成果表

表2 剩余位势和出逸坡降汇总表

表3 高喷帷幕后堤内侧出逸坡降汇总表

表2中出逸坡降行表明即使前池等效渗透系数取到1.0E-3cm/s时，各部位的出逸坡降依然比较大，尤其是前池，出逸坡降值为1.786～0.612。前池底板地基为细中砂，考虑设置反滤后允许出逸坡降0.455，计算值大于允许值，存在渗透破坏可能。

四、地基加固处理

站址处细中砂层普遍分布，故地基处理宜采用垂直帷幕型式，并形成封闭以减少侧向渗流影响，勘探时砂砾石层未钻穿，帷幕采用悬挂式。

目前工程常用垂直防渗方法主要有塑性混凝土防渗墙法、深搅法以及高喷法。高喷法与其他两种方法相比具有以下优势：（1）与深搅法相比，高喷法适应的地层土体性质范围较大，对粉粒和粘粒含量高的土体亦能加固。（2）高喷法形成的防渗体为多层复合性的结构，渗水先经过渗透结层，再进入挤压层和搅拌混合层，最后才能达到浆液主体层核心，然后沿相反的层次穿过防渗体，两侧的过渡土层可起一定的反滤作用，对防渗体的稳定有利。（3）高喷法喷射切割过程中原土体升扬置换，细粒成分被夹带掺入浆液中，形成的防渗体弹模较低，且由内而外逐渐变小，呈向周围土体逐渐过渡的结构，变形协调性远远好于混凝土防渗墙。（4）高喷法喷射时对地层起挤压作用，不会导致地基应力释放，凝结体与地层呈连续过渡，相比于混凝土防渗墙没有薄弱面。

结合该工程中地基实际情况，此次地基处理选用高喷防渗墙法加固地基。帷幕加固设计沿建筑物轮廓线外延1.2m为帷幕中心线，同时在内堤脚和泵房前端各增加一道垂直水流向的帷幕墙。帷幕主要采用高压摆喷，孔距1.6m，内堤脚处由于帷幕两侧水压差较大，故采用高压旋喷，以增加帷幕墙的厚度，旋喷孔距0.7m，同时为保证帷幕墙的连续性，在帷幕墙折线连接处亦采用高压旋喷。高喷深度以深入建筑物底板以下15m控制，帷幕顶部与底板之间用水泥土回填以构成封闭。根据类似工程经验，帷幕设计渗透系数≤1.0E-6cm/s。

为检验帷幕设计的合理性，按照前述计算办法，计算增加帷幕后的出逸坡降，计算结果见表3。帷幕附加渗径长度采用《堤防设计手册》3.5.10公式计算。

上述成果表明，增加帷幕后泵房等各部位的剩余位势和出逸坡降均大幅减小，增加了地基渗透稳定的安全性。当前池排水顺畅时，堤内侧出逸坡降均小于允许出逸坡降，满足规范要求。

五、结论与建议

根据龙滩庵泵站地质条件，按双层地基进行渗流计算，并通过对前池底板的渗透系数不同取值，来模拟前池的不同排水效果，采用高喷灌浆帷幕对地基进行加固处理。结合泵站前池排水效果对地基剩余位势分布的影响分析，建议设计采用Φ500直径的排水孔、同时设置反虑措施，以增加底板的透水面积，保障排水通畅，增强地基渗透稳定，对类似工程具有借鉴意义■

（作者单位：安徽省水利水电勘测设计院勘测分院233000）