城市排水泵站出水流道软土地基处理技术分析

卫聪聪

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

软土地基会给工程建设增加难度、导致建筑物稳定性差、更容易引发连锁性的地质问题。对于软土地基的处理方法一般有桩基法、换土垫层法、高压旋喷注浆法、化学固结法、夯实法和表层处理法。在地基处理中，抛石挤淤和杉木桩加固的施工方法有施工周期短、机械简单、管理方便、经济效益显著等优点，在浅层处理中得到广泛应用。抛石挤淤法就是通过向流塑状的高灵敏度淤泥表面大量集中抛填土石填料，依靠填筑体的自重，挤开淤泥，强制置换饱和软土地基的地基处理法。本文结合港西二期泵站出江流道中软土地基处理工程实例，利用抛石挤淤和杉木桩对软土地基处理的实际结果进行分析，取得较为显著的工程效果，实现了环境效益与经济效益的双赢。

1 工程简介

港西二期泵站位于武汉市青山区建设五路与临江大道交汇处西南角，原港西一期泵站西侧。工程主要建设内容包括新建泵站以及出水流道工程。新建泵站出口采用驼峰式出水流道，堤顶两端和内外堤脚的管道转折处设镇墩；出水流道长江大堤加固采用水泥搅拌桩防渗墙；管道出口接淹没式出水池，出水池末端接陡坡出水渠，分为5 m长顶部水平段和52.5 m长陡坡段，泄槽出口处设置底流消力池。本段出水流道原设计基础处理方式为1 m厚12%白灰土换填，但在开挖过程中，发现下层为淤泥质粉性黏土，且现场施工时处于雨期，灰土制备对环境影响较大，经设计单位同意修改为抛石挤淤和杉木桩处理的施工方法。

2 现场地貌及地质结构

2.1 地质条件分析

承建泵站工程地貌单元属长江冲积一级阶地，场区地基土自上而下分述如下：

（1）杂填土（Q ml）：杂色，湿～饱和，压缩性高。地表多为混凝土路面、老地坪，其下由碎块石、灰渣和黏性土、淤泥等混合构成，土质结构松散杂乱，硬物质含量总体约30%，场地内均有分布。堆积时间一般小于10年。层厚0.2～3.8 m。

（2）素填土（Q ml）：黄褐色～灰褐色，软塑，局部可塑，压缩性高。主要成分为黏性土夹少量小碎石和植物根等组成，堆填时间一般小于10年，在跨堤地段局部表现为压实填土。层厚0.4～7.4 m，层顶埋深为0～2.1 m。

（3）淤泥（Ql）：灰黑色，流塑，饱和，压缩性高。含有机质及少许碎石颗粒，具腐臭味。场地内局部分布。层厚0.3～0.6 m，层顶埋深1.5～2.1 m。

（4）冲填土（Q ml）：黄褐色～灰褐色，软塑，饱和，压缩性高。为江滩浅层土，以粉质黏土为主，混夹薄层粉土和粉砂，局部含植物根系和少量有机质。层厚2.4～4.8 m，层顶标高0.6～7.4 m。

（5）粉质黏土（Q4al）：褐黄色～灰褐色，软塑～可塑，饱和，压缩性高，含少量铁锰氧化物，土质均匀，切面光滑，手搓成条。层厚0.4～1.8 m，层顶标高0.2～3.6 m。

（6）淤泥质粉质黏土（Q4al）：灰褐色～灰色，软塑～流塑，饱和，压缩性高，含有机质，局部夹薄层粉土或粉砂（下部尤为明显），偶见腐烂植物残渣。层厚1.3～8.7 m，层顶标高0.5～11.3 m。

（7）粉质黏土夹粉土（Q4al）：灰褐色～灰色，软塑，稍密，饱和，压缩性中等，局部较高，以粉质黏土为主，土体中混夹粉粒及少量砂粒。层厚0.3～8.1 m，层顶标高2.7～16.4 m。

（8）粉土、粉砂夹粉质黏土（Q4al）：灰褐色～灰色，稍密，饱和，压缩性中等，主要矿物成分由石英、云母组成，局部夹薄层粉质黏土。层厚0.4～7.3 m，层顶标高4～15.5 m。

（9）粉砂（Q4al）：灰色，稍密～中密，饱和，压缩性中等，主要矿物成分为石英、长石、云母等，局部夹有薄层粉土和粉质黏土。层厚0.4～12.7 m，层顶标高4～18.8 m。

根据设计勘探地质，泵站出水流道地基土从上到下依次为1-1杂填土、2-2淤泥质粉质黏土、3a粉土、粉砂夹粉质黏土、4-1粉砂过渡。填土以下土层其承载力特征值分别为65 kPa、115 kPa、150 kPa。

2.2 水文地质条件

泵站区域孔隙承压水主要赋存于（3a）层粉土、粉砂夹粉质黏土、（4-1）粉砂、（4-2）粉砂及（4-3）粉细砂中，其上覆（2-1）层一般黏性土层及（2-2）层淤泥质黏土可视为其隔水顶板，下卧粉砂质泥岩可视为隔水底板。勘察期间在场地钻孔中测得承压水位为5.0 m左右，空隙承压水水量丰富，与长江有较密切的水力联系，其水位变化幅度受长江水位涨落影响。据武汉地区一级阶地承压水长期观测结果，承压水头标高一般在15.0～19.5 m之间，年变幅3～4 m。

3 地基处理方案设计

3.1 泵站出水流道水平段地基处理方案设计

泵站出水流道水平段堤外压力钢管水平段地基挖除地基表层受扰动的淤泥质粉性黏土，表层抛填80 cm厚30～50 cm块石，采用反铲挖掘机碾压，以块石不再下沉为准，再在块石上分层铺砂石混合料（40%粗砂+60%碎石），分层厚度不大于20 cm，碾压过程中辅以钢钎顺次插入砂石混合料层密实空隙，拔出钢钎后继续碾压，以使块石孔隙充分充填密实，最后再块石上形成厚度25 cm的砂石混合料导滤层；导滤层上部采用碎石土回填至管道基础设计标高19.9 m，碎石土采用塑性指数10～20的黏性土掺加30%～35%（重量比）碎石搅拌而成，碎石粒径20～60 mm，分层碾压密实，碾压密实度不小于0.95，回填土采用机械压实，分层厚度不大于25 cm，地基承载力不小于100 kPa。

3.2 泵站出水流道水平段地基处理方案设计

泄槽段的淤泥质粉质黏土地基采用施打杉木桩处理，杉木桩长2～6 m、桩径15 cm，桩间距0.8 m，等边三角形布置，杉木桩顶部铺筑60 cm厚级配碎石（粒径1～5 cm）垫层至泄槽底板垫层基面，碎石垫层应分层填筑碾压密实，碎石垫层顶面地基承载力不小于100 kPa。打桩前，杉木桩应先去皮检查材质，桩顶须先截锯平整，其桩身需加以保护，不得有影响功能的碰撞伤痕，桩头部位宜采用8#铁丝扎紧。小端削成1.5倍桩径的尖头，采用挖土机的挖工臂进行压桩，直至桩头不再下沉为止，压桩顺序宜由外至内。接桩采用爬钉联结固定，每根杉木桩不多于1个接头。消力池段地基处理根据基坑开挖后现场实际情况确定。

4 泵站出水流道基础处理施工

4.1 泵站出水流道水平段基础处理施工

（1）临时道路修筑。采用1.2 m3挖机在水平段西侧边坡上修筑临时施工道路保证设备能进入基坑，道路宽4 m，坡度20%，采用块石铺筑1 m厚保证机械行走不下陷。另外，在4#镇墩上游翻堤段修筑临时施工道路将左右两侧施工作业面连接，方便机械来回调度使用，路面采用砖渣再生料铺筑，宽度4 m，厚度0.5 m。

（2）测量放线。利用GPS和全站仪进行边线的控制，高程采用水准仪从外部导入高程基准点，现场再利用水准仪以基准点为基点，控制各个部位基础处理高程，并做好测量数据记录。

（3）抛石挤淤。施工道路布置在翻堤下坡段，此处未开挖，块石及其他材料通过此处直接倒入4#镇墩处，1.2 m3挖机在下部将块石倒运至相应铺筑面进行挤淤，抛投应自路基中部向两侧逐渐进行。块石使用均匀不易风化、无裂纹和无剥落的石料，粒径为30～50 cm，较小片石不得超过20%。按设计要求抛填80 cm厚块石，采用反铲碾压，以块石不再下沉为准，待片石抛出原地面后，应用较小石块填塞垫平，用重型机械碾压密实。此处注意块石需填筑至18.9 m高程，实际厚度是根据挤淤压入情况为准。

（4）砂石混合料及碎石土铺筑。①成品料拌制：砂石混合料及碎石土采用场拌法，砂石混合料拌合场地在已铺筑的块石顶面，碎石土拌合场地在砂石反滤层顶部。砂石混合料砂子采用粗砂，碎石粒径为2～6 cm，按砂子：碎石=4：6的比例进行拌合。碎石土采用塑性指数10～20的黏性土掺加30%～35%（重量比）碎石，碎石粒径2～6 cm。成品拌合完成后采用1.2 m3挖机配合人工分层进行摊铺平整，砂石混合料及碎石土碾压设备采用12 t振动碾，初拟碾压3～4遍，如压实度检测不合格则进行补压。

②砂石反滤层施工：块石挤淤完成后，铺筑25 cm厚砂石混合料，砂石混合料先铺筑10 cm厚，人工用钢钎顺次插捣砂石混合料，拔出钢钎后继续碾压，使砂石混合料充满块石孔隙，碾压完成后，用水准仪记录此面顶高程，再根据砂石反滤层顶高程推算出砂石反滤层剩余铺筑厚度，砂石混合料顶高程为19.15 m。

③碎石土施工：砂石反滤层施工完成后，开始进行碎石土铺筑，碎石土设计为75 cm厚，分层厚度不超过25 cm，松铺厚度初拟为30 cm，具体通过试验确定。上层铺筑前必须对下层进行试验检测，压实度不小于0.95，检测合格后才可进行下一层铺筑。

4.2 泵站出水流道泄槽段基础处理施工

（1）测量放线。泄槽段为1：4的坡度，放线需GPS与水准仪共同控制，GPS定位泄槽桩号，推算出相应桩号高程后，采用水准仪控制单排桩顶高程。需注意的是齿槽部位的桩顶高程为齿槽开挖基面高程。

（2）杉木桩处理。杉木桩进场后，首先人工采用电锯将小端削成1.5倍桩径的尖头，大端用8#铁丝绑扎三道。首先进行杉木桩施打试验，施打桩长度为2、3、4 m各20根，将泄槽基础分划分为6个区域，1#泄槽靠近上游，地基相对含水率少，1#泄槽施打2 m，如2 m后还可打入，则采用爬钉连接一根2 m或3 m的木桩继续打入，直至桩头不再下沉为止，然后将顶部多余部分用电锯剧除。2#泄槽施打3 m木桩，3#泄槽施打4 m木桩，确定各区域木桩打入长度后，再大批购入木桩进行正式打桩，木桩采用挖机兜子压入。

（3）级配碎石铺筑。级配碎石进场后先堆放至4#镇墩右侧边坡顶部临时堆放场地，再用装载机端运至泄槽右侧边坡顶部倒入，1.2 m3挖机倒运至相应铺筑面。级配碎石铺筑厚度为60 cm，粒径1～5 cm，采用1.2 m3挖机分层摊铺，松铺30 cm，压实厚度25 cm，因振动碾在级配碎石上无法行走，并且泄槽段为1：4斜坡，碎石碾压设备采用1.2 m3挖机。

5 地基承载力检测

5.1 检测原理

基础处理完成后委托具有相应资质的检测单位进行静载荷试验，试验采用慢速维持荷载法，装置由主梁、次梁利用沙袋堆积平台提供满足试验要求的反力。通过手动液压泵、千斤顶加载，荷载值由精密压力表测量，依千斤顶率定曲线换算得出。4个对称放置的大量程百分表测读沉降，用以观测被检点地基的沉降变形，百分表由磁性表座固定于基准梁上。压重平台支座墩边与地基承载力试验点中心距≥2.0 m。

5.2 检测方法

（1）试验荷载：总堆载量应大于设计的极限承载力的1.2倍，实际加载量应为设计特征值荷载的2.0倍，本次试验实际加载为200 kPa，承压板面积为1.0 m2。

（2）试验分级：试验分为8级进行，加载按试验荷载的1/8进行分级加载。

（3）加载观测：工程桩的每级加载荷重为试验荷载的1/8，在加每级荷载后，测读桩沉降量的间隔时间，按第10、10、10、15、15 min测读一次，以后每隔30 min测读一次。连续2次在每小时内小于0.1 mm视为稳定，可以施加下一级荷载。

（4）卸载观测：每级卸载为加载分级的2倍，每级卸载后隔15 min测读一次，测读2次后隔30 min再读一次即可卸下一级荷载。

（5）荷载及沉降测量：荷载值通过压力传感器测量，再由千斤顶的标定曲线换算给出；沉降量则通过对称正向布置于压板的百分表测量，所有百分表均用磁性表座固定于基准梁上，基准梁在独立的基准桩上安装。

5.3 检测结果

试验加载达到预期最大试验荷载时，终止加载。

试验加载到200 kPa时，六个试验点SPD1、SPD2、SPD3、XCD1、XCD2和XCD3总沉降量分别为14.04 mm、12.50 mm、10.58 mm、13.43 mm、13.07 mm和14.98 mm，承压板周围土无明显的侧向挤出，而且Q～S曲线平缓无明显陡降段，s～lgt曲线呈平行规则排列，无破坏特征，故该试验点承载力特征值Qu为100 kPa，满足承载力100 kPa的设计要求。

港西二期泵站及配套管道工程水平段及泄槽段地基承载力特征值为100 kPa，满足地基承载力不小于100 kPa的设计要求。

6 结语

本文结合港西二期泵站出水流道软土地基处理工程实际情况，针对出水流道水平段和泄槽段软土埋深较浅的特点，分析城市排水泵站出水流道段利用抛石挤淤和杉木桩的处理方法进行处理，处理后的地基承载力满足工程设计要求。这两种软土地基处理的施工方法在大大缩减工程成本和工期的同时，减少了对环境污染，创造了一定的生态环境效益，可为其他类似工程提供相应的参考。