西码头泵站改造工程地质条件及评价

柳东亮

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

西码头泵站位于文安里西码头村，赵王新河南侧。工程区为近代沉积，属河流冲击平原，地形起伏较大。地震动峰值加速度0.15g，相应地震烈度7°。本场地除素填土属软弱土外，其余土层为中软土。建筑场地为Ⅲ类，场地土对建筑抗震属一般地段。三官杨水电站位于赵王新渠左堤，包括排沥、排减两座站房。此站建成至今已运行50年，因年久失修，标准低、质量差，已不能正常运行，本工程欲对改泵站进行拆除重建。

2 西码头泵站工程地质评价

2.1 地质结构

勘探深度40.0m范围内，揭露地层均为第四系（Q）松散推积物。依据地层成因及工程性质将所披露地层划分为11个工程地质层，现自上而下分别进行。

2.1.1 黄褐色层壤土

以壤土为主，含少量沙壤土，可塑～软塑，中～高压缩性；4#，6#表层0.0～0.4m为杂填土，含砖块和灰渣等。厚度4.30～5.50m；层底3.44～3.85m；层底埋深4.30～5.50m。

2.1.2 黄褐～灰褐色层壤土

可塑～软塑，中～高压缩性，中等干强度，中等韧性，局部为沙壤土与壤土互层，含有机质。厚度2.40～5.00m；层底标高-2.50～0.57m；层底埋深2.40～10.50m。

2.1.3 黄褐色层砂壤土

湿，中密～密实，摇震反映中等，无光泽反应，低干强度，低韧性，含有机质。厚度2.20～4.30m；层底标高-5.19～-3.94m；层底埋深7.10～14.30m。

2.1.4 黄褐色层壤土

可塑～软塑，中压缩性，稍有光泽，中等干强度，中等韧性，含有机质，局部夹细砂薄层。厚度5.00～5.00m；底层标高-4.48～-4.43m；层底埋深7.40～7.50m。

2.1.5 灰色层壤土

可塑～软塑，中～高压缩性，稍有光泽，中等干强度，中等韧性，含有机质和姜石。厚度5.00～6.10m；底层标高-10.60～-9.94m；层底埋深13.00～19.50m。

2.1.6 灰色层细砂

饱和，中密，以英石、长石为主，含黏粒和有机质。厚度7.00～7.30m；层底标高-11.86～-11.70m；层底埋深19.60～19.80m。

2.1.7 黄灰色层壤土

可塑，中压缩性，稍有光泽，中等干强度，中等韧性，含有机质和姜石。场区普遍分布，厚度5.50～6.80m；层底标高-17.60～-16.25m；层底埋深19.10～25.60m。

2.1.8 灰色层砂壤土

湿，密实，摇震反映中等，无光泽反应，低干强度，低韧性，含黏粒和有机质。场区普遍分布，厚度1.30～2.60m；层底标高-19.56～-17.56m；层底埋深21.60～27.50m。

2.1.9 黄褐色层壤土

可塑～软塑，中压缩性，稍有光泽，中等干强度，中等韧性，含有机质。场区普遍分布，厚度4.50～5.80m；层底标高-24.80～-23.15m；层底埋深27.20～32.80m。

2.1.10 黄褐～灰褐色层壤土

可塑，中压缩性，中等干强度，中等韧性，局部夹砂壤土，含有机质。场区普遍分布，厚度2.30～2.90m；层底标高-27.40～-25.65m；层底埋深29.80～35.10m。

2.1.11 黄褐色层壤土

可塑，中压缩性，中等干强度，中等韧性，局部夹砂壤土，含有机质。该层未穿透。

2.2 土的物理力学性质

本工程勘察中，取原状土样198组，扰动样19组，进行土的室内物理力学性质试验。各土层物理学指标，按工程地质单元及层位、岩性分别统计，对子样数大于等于6组的试验指标提供其最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数；对子样数大于3组的试验指标仅提供平均值。在各参数的使用上应考虑参数的变异特性，以保证设计的合理性。

2.3 主要工程地质问题及措施

2.3.1 地震液化

根据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》土的液化判别规定，粒径小于0.005mm的颗粒含量质量百分率在地震动峰值加速度0.15g小于17%，初判为液化土。对初步判定为可能液化土层进行复判，复判采用标准贯入锤击数法。

式中 Ncr为液化判别保准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值，N0取8；ds为饱和土标准贯入点深度（m），当标准贯入点在地面以下5m以内的深度时，ds=5m；ρc为黏粒含量质量百分率（%），当ρ＜3%时，ρc取3%；dw为地下水位深度（m），按含水层顶面埋藏深度计。

通过现场标准贯入锤击数法进行复判，在地震动峰值加速度0.15g时，各土层不液化。

2.3.2 地基不均匀沉降

根据室内试验，构筑物主要受力土层：

（1）③层砂土壤土压缩系数0.15～0.30MPa-1，平均压缩系数0.21MPa-1，属中等压缩性土。

（2）③-1壤土壤土压缩系数0.30～0.48MPa-1，平均压缩系数0.40MPa-1，属中等压缩性土。

（3）④层壤土压缩系数0.26～0.63MPa-1，平均压缩系数0.41MPa-1，属中等～高压缩性土。

（4）④-1层细砂，属低压缩性土。

（5）⑤层壤土压缩系数0.26～0.39MPa-1，平均压缩系数0.29MPa-1，属中等压缩性土。由于土质存在不均匀性、建基高程不同及上覆荷载的差异性，因此可能存在不均匀沉降的问题。

2.3.3 渗透变形

建沟筑物的主要受力层为③层砂壤土、③-1层壤土、④-1层细砂及④层壤土，在水头作用下可能产生渗透变形。允许水力比降建议值分别取0.30，0.45，0.10，0.45。

2.3.4 闸基抗滑稳定

建构筑物基础坐落于③层砂壤土及③-1层壤土上，建议进行抗滑稳定验算。进行抗滑稳定验算时，地基上与混凝土底板之间的摩擦系数地质建议值取0.25。

2.3.5 冻土

工程区封冻期为每年11月至次年2月，标准冻土深度为0.60m。根据GB50324—2001《冻土工程地质勘察规范》，本工程区冻土冻结状态持续时间T＜1年，最低月平均地面温度小于等于0℃，则冻土类型应属季节性冻土，其冻融特征为季节冻结。冬季施工应采取防冻害措施。

饱和无黏性土和少黏性土在地面以下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值按公式（1）计算：

2.4 工程地质评价

（1）根据建构筑物基础坐落的土层情况，天然地基承载力较低，一般介于90～110kPa。若基础承载力和沉降变形不满足要求时，建议采用桩基础，如表1。

表1 采用桩基础参数

桩型可采用钻孔灌注桩，④-1层细砂及以下地层，分布稳定且承载力高，可作为桩端持力层。设计单桩竖向承载力和水平承载力应结合试桩结果综合确定，并按规范要求进行桩基质量检测。

（2）勘察期间测得稳定水位埋深2.30～9.00m，水位标高0.10～0.17m。地下水对施工有影响，建议采取降、排水措施。

（3）建筑基坑边坡上部为黏性土，下部为砂壤土和细砂，边坡稳定性较差。边坡坡比建议值为：壤土1∶1～1∶1.5，砂壤土1∶1.5～1∶2.0，细砂1∶2.0～1∶3.0，水下适度放缓。

3 三官村泵站工程地质评价

3.1 地质结构

本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为8层。

3.1.1 黄褐色层素填土

以粉质黏土为主，土质不均，夹黏土层及少量砖渣。场区普遍分布，厚度3.40～8.20m，底层标高0.24～0.80m，地层埋深3.40～8.20m。

3.1.2 黄褐色层黏土

可塑，中等压缩性，切面光滑，高干强度，高韧性，含姜石，锈染。场区普遍分布，厚度7.90～2.90m，层底标高-2.66～8.47m，层底埋深0.30～10.40m。

3.1.3 灰色层粉土

湿，密实，摇震反应中等，无光泽反应，低干强度，低韧性，含有机质、姜石。场区普遍分布，厚度1.70～12.70m， 底层标高-5.46～-3.98m， 地层埋深4.80～13.40m。

3.1.4 灰色层细砂

饱和，密实，含长石、石英、云母等，级配不良，锈染。场区普遍分布，厚度4.40～7.00m，层底标高-11.23～-9.86m，层底埋深10.70～20.00m。

3.1.5 黄褐色粉质黏土

可塑，中等压缩性，切面稍有光滑，中等干强度，高韧性，夹粉土薄层。场区普遍分布，厚度2.10～5.10m，层底标高-14.98～-13.02m，层底埋深15.60～23.20m。

3.1.6 棕黄色层粉质黏土

硬塑，中等压缩，切面稍有光滑，中等干强度，高韧性，含有机质、螺壳及大量姜石，锈染。场区普遍分布，厚度3.00～4.00m，层底标高-17.98～-17.02m，层底埋深18.60～26.40m。

3.1.7 黄褐色层粉质黏土

可塑，中等压缩，切面稍有光滑，中等干强度，高韧性，含有机质。场区普遍分布，厚度1.20～4.10m，层底标高-21.73～-19.18m，层底埋深20.00～30.50m。

3.1.8 褐黄色层粉土

湿，密实，摇震反应中等，无光泽反应，低干强度，低韧性，含姜石，锈染。该层未穿透。

3.2 主要工程地质问题及措施建议

3.2.1 场地土地震效应

根据GB18306—2001《中国地震动参数区划图》及GB50011—2010《建筑抗震设计规范》，地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应地震基本烈度为7°。设计地震分组为第一组。

除素填土属软弱土外，其余土层为中软土。土层等效剪切波速估算值为Vse=158.7m/s。根据场区区域资料本场地覆盖层厚度dov＞50m，故建筑场地类别属Ⅲ类，场地土对建筑抗震属一般地段。

根据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》土的液化判别规定，粒径小于0.005mm的颗粒含量质量百分率在地震动峰值加速度0.15g小于17%，第③层粉土、第④层细砂初判为液化土。对初步判定为可能液化土层进行复判，复判采用标准贯入锤击数法。

饱和无黏性土和少黏性土在地面以下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值按公式（2）计算：

式中 Ncr为液化判别保准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值，N0取8；ds为饱和土标准贯入点深度（m），当标准贯入点在地面以下5m以内的深度时，ds=5m；ρc为黏粒含量质量百分率（%），当ρ＜3%时，ρc取3%；dw为地下水位深度（m）。

通过现场标准贯入锤击数法进行复判，在地震动峰值加速度0.15g时，第③层粉土、第④层细砂土层不液化。

3.2.2 地基不均匀沉降

根据室内试验，构筑物主要受力土层：②层粉质黏土压缩系数平均0.62MPa-1，属高压缩性土；③层粉土压缩系数平均0.19MPa-1，属中等压缩性土。由于土质存在不均匀性、建基高程不同及上覆荷载的差异性，因此可能存在不均匀沉降问题。建议进行沉降计算，并采取一定垫层处理措施。

3.2.3 渗透变形

本场地第②层粉质黏土为基础直接持力层，具微透水性，为天然相对隔水层。

第③层粉土和第④层细砂不均匀系数大多小于5，因此渗透变形类型以流土为主。为避免深层地基渗透变形，建议考虑粉土和细砂的渗透稳定性。

3.2.4 闸基抗滑稳定

拟建构筑物基础坐落于第②层粉质黏土上，其含水率高，压缩性高，属中软土，建议进行抗滑稳定验算。地基土与混凝土底板之间的摩擦系数地质建议值取0.23。

3.3 工程地质评价

（1）建筑区主要有素填土、粉土、黏性土组成，建筑场地类别为Ⅲ类。

（2）拟建构筑物可采用天然地基筏板基础，以第②层黏土为持力层，地基承载力特征值采用110kPa。

（3）勘察期间测得稳定水位埋深8.80～17.50m，水位标高-8.60～-7.98m。勘察期间地下水位较低，但不排除水位上涨可能。

（4）建筑基坑边坡上部为黏土，下部为粉土和细砂，边坡稳定性较差。

4 结语

（1）工程区为近代沉积，属河流冲击平原，场区地形起伏较大；地面高程9.15～0.82m之间，相对高差8.33m。

（2）勘探深度40.0m范围内，揭露地层均为第四系（Q）松散堆积物。

（3）岩性特性，沉积环境、时代自上而下可划分为：底层为新代沉积层、第四系全新统河湖相沉积～上更新统陆相沉积，岩性以填土、粉质黏土、壤土、粉土、砂壤土、细砂为主。

（4）本场区地地震动峰值加速度为0.15g，相应地震基本烈度为7°。本区为中软场地，场地类别为Ⅲ类，地震动反应谱特征周期调整为0.45s。

（5）依据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》环境水腐蚀性评价，西码头泵站环境水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性；地基土对混凝土具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。三官扬水站环境水对混凝土具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。

（6）西码头泵站在荷载及变形满足要求的情况下可采用天然地基；若拟建筑物基础承载力和沉降变形不满足要求时，建议采用桩基础。桩型可采用混凝土预制桩或钻孔灌注桩，⑤层壤土及以下地层，分布稳定且承载力较高，可作为桩端持力层。

（7）西码头泵站和三官村泵站地基均存在不均匀沉降、渗透稳定和抗滑稳定问题，建议采用必要的处理措施。

（8）工程区附近缺乏工程所需碎石、块石等天然建材，建议外购解决。