晋阳湖泵站地基液化处理方案探讨

2019-12-23

山西水利科技 2019年4期

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司山西太原 030024）

1 工程基本情况及原设计方案

晋阳湖加压泵站作为清徐原水直供工程的提水加压泵站，担负着从晋阳湖取水向清徐太化调蓄水池供水的工程任务。原布置于晋阳湖北侧，后根据晋阳湖规划及业主要求，在技施阶段将泵站调整至规划中晋阳湖扩湖区东南侧，东侧紧临新晋祠路。泵站主体建筑包括:前池、主副厂房、控制阀井等。泵站设计流量为3.82 m3/s，设计扬程为13.5 m，进水池最低水位相对高程为76.0 m（文中高程皆为相对高程），最高水位78.0 m，出水池水位64.2 m。泵站安装3台立式混流泵（二工一备），总装机容量3×400 kW。当供水流量不大于1.58 m3/s时，输水工程采用自流重力流输水，泵站泵组不投入运行；当供水流量大于1.58 m3/s时，泵站泵组开始投入运行。泵站厂区布置图见图1。

由于泵站地质情况较差，采用沉管碎石桩进行处理，桩径0.6 m，排距1.8 m，孔距1.8 m，桩长15 m，梅花形布置，共计584根。原勘察设计初期，地坪高程74.5m左右，设计泵站主厂房基础底高程69.4 m，基础底部设有0.1 m厚的素混凝土垫层，0.4 m厚碎石垫层，桩顶高程68.9 m，由于液化土层厚度为8～10 m，设计桩底高程53.9 m，桩长15 m伸入黏土中1 m。用于满足建筑地基承载力要求及消除液化。但技术施工阶段，厂区担任国际自行车赛及水秀表演的停车场已经经过一定程度的回填，回填高程约78.5 m，比原勘察高程高出4 m，园区规划施工完善不具备大开挖施工条件，此泵站基坑为深基坑、大基坑且地下水位较高，经过专家论证会讨论后建设方已委托相关机构设计基坑支护方案。待工法桩支护施工完毕后，碎石桩施工将对工法桩产生挤压甚至破坏其功能，并且由于无法进行一定程度的开挖3～5 m，这样造成碎石桩上部空桩较长，施工单位目前施工的有效碎石桩长度大概17 m左右。原碎石桩方案难以实施。

图1 晋阳湖泵站厂区布置图

2 工程地质

根据《清徐原水直供工程晋阳湖泵站技施阶段工程地质勘察报告》中关于取水泵站的描述，晋阳湖泵站前池及主厂房基础底高程为69.40 m，副厂房的整平高程为77.70 m，前池及主厂房地基土上部为第四系全新统洪冲积低液限黏土夹低液限粉土透镜体，厚2.70～4.20 m，中部为第四系全新统洪冲积级配不良砂与粉土质砂、含细粒土砂交错分布，且局部夹低液限粉土透镜体，厚8.8～10.8 m。下部为第四系上更新统洪冲积低液限黏土，揭露最大厚度7.3 m。地基存在因岩性不一、结构密实程度不同而产生的不均匀沉降问题。地下水埋藏深度为2.03～2.22 m，高程为72.39～72.64 m，基础位于地下水之下，基坑开挖存在涌水问题。泵站地基土的级配不良砂、粉土质砂、含细粒土砂、低液限粉土存在地震液化问题[1]，液化指数为15.1～32.5，液化等级多为严重，综合判定本场地液化等级为严重。据泵站场地处地下水水质分析资料，该处地下水为中性极硬淡水，地下水水化学类型为Cl-SO4-Mg，对混凝土具强腐蚀性，对结构中的钢筋具中等腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。建议采用挤密碎石桩、振冲等加密法工程处理措施[2]，全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理，确保泵站正常运行。泵站地质剖面图见图2。

图2 泵站地质剖面

3 围封处理方案

围封处理范围包括前池及主厂房，两处建筑主体建基面高程一致，采用4.5 m间隔的围封墙，每边扩出1 m左右，总处理长度531 m，处理深度为15 m，围封墙后效厚度0.25 m，孔距1.5 m，总的孔数为354孔。围封墙施工时，桩顶应高于设计标高0.2 m，开挖基坑时，将顶端高出设计标高的0.2 m桩头用人工挖除，处理方向应顺墙体方向，严禁垂直墙体处理。待围封墙体质量检测完成后，在围封区内自建基面以下挖0.6m，分三层三合土回填夯实，每层用2.8 kW蛙式打夯机满夯四遍。

本围封处理采用高喷注浆工艺，技术要求如下:

1）围封墙采用摆喷施工。

2）施工及检验严格按照《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（D/T5200-2004）相关要求进行。

3）采用单管法。

4）技术参数:钻机应安于钻孔上方并准钻孔中心，钻孔孔距为1.5 m，钻孔偏斜率不应超过1%，摆喷轴线折角15°，摆角30°；灌浆管运动速度其中旋转6～8 r/min，提升 3 cm/min；墙身 28 天抗压强度 R=3～10 MPa，渗透系数 K 不大于 A×10-6cm/s（1≤A≤9），围封墙有效厚度不小于0.25 m。

5）下注浆管在下管过程中边射水边下管，严格控制水压力。

6）回填注浆以防浆液析水产生的脱空现象，采用回灌补浆措施或用水泥浆补灌。

7）墙体固化材料采用强度等级不小于42.5的普通硅酸盐水泥，浆液水灰比约为 1.5∶1～0.6∶1，具体应根据现场试验确定。

8）围封墙有效桩头高程不应低于设计高程，在泵站底板施工前，进行桩头清理，清理应按照设计图纸要求进行，以防破坏围封墙，将围封墙桩头削切至设计髙程和宽度，削切过程严禁损坏墙体，然后清洗桩头，使其不得残留砂、土和浮皮。

9）围封墙施工前，施工单位应编制试验报告经监理工程师批复后，进行现场试验，在满足设计要求指标的条件下确定施工参数，如喷射压力、提升速度、浆液配比、成墙有效厚度、渗透系数等，形成试验报告，报监理工程师批复后方可进行全面施工。

4 混凝土管桩处理方案

管桩处理范围包括前池及主厂房，两处建筑主体建基面高程一致，采用混合配筋预应力混凝土管桩，桩长23 m，桩端进入第三层低液限黏土层。总桩数178根。其设计要求如下:

1）施工前先压试验桩，以确定其终压力及桩长并校验压桩设备，施工工艺及技术措施是否符合要求。工程桩采用PRC I-500 AB（100）型混合配筋预应力混凝土管桩，有效桩长暂定23 m，且桩端进入第3层低液限黏土层不小于8 m。试桩从天然地面打入，抗压极限承载力要求为2 100 KN。

2）管桩由于处于严重液化地基，故要求上节桩整桩箍筋加密，且填芯高度不小于3 m。浇筑填芯混凝土前，应先将管桩内壁浮浆清除干净；并根据设计要求，采用内壁涂刷水泥净浆、混凝土界面剂或采用微膨胀混凝土等措施，以提高填芯混凝土与管桩桩身混凝土的整体性。桩顶连接详图见图3。

图3 桩顶连接详图

3）每根桩须对照地质资料预计桩总长，选用合理的桩节组合，以使接桩次数尽量少，任一单桩的接头数量不宜超过3个，且接桩要避开液化土层。

4）工程桩采用静压法沉桩工艺。第一节管桩插入地面时的垂直度偏差不得超过0.5%桩帽或送桩器应与桩身在同一中心线上；沉桩过程中应经常观测桩身的垂直度，若桩身垂直度偏差超过1%时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入较硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏[4]。

5）每一根桩应一次性连续压到底，接桩，送桩应连续进行，尽量减少中间停歇时间沉桩过程中，出现贯入度反常，桩身倾斜，位移，桩身或桩顶破损等异常情况时，应停止沉桩，待查明原因并进行必要的处理后，方可继续进行施工。

6）上下节桩拼接采用端板焊接连接[3]。

7）管桩如需截桩，应采宜采用锯桩器，严禁采用蛮力破坏桩体。

8）基坑开挖时宜分层均匀进行，且桩周土体高差不宜大于1 m。

9）施工中应采用隔一打一的施工顺序，对于三排及以上的桩群还应采取由内而外的施工顺序。

10）桩垂直度容许偏差为1%。

11）质量检测。施工单位必须编制打桩施工纪录文件，包括桩位编号图，每根桩的压桩纪录，桩的节数，每节长度，终压力及稳压时间，提交有关部门检查和验收。单桩竖向承载力特征值应根据单桩竖向静载荷试验确定，在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。基桩施工完毕后按照《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T 93-95）中的方法检测桩身质量，检测数量不得少于基桩总数的10%，柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根。并且低应变动力检测应做在静载试验之前。