金牛头排涝站泵房基础处理方案探究

黄新华

(惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516003 )

1 工程基本情况

1.1 金牛头排涝站概况

江门市新会区位于广东省珠江三角洲西部，潭江下游。新会区南与斗门相邻，西与开平，北与鹤山，西南与台山接壤。新会区历史悠久，距今已有1300a历史，全区土地面积1387.02km2。会城涝区位于新会区会城街道，在遭遇围内暴雨和围外暴潮的情况下，极容易出现内涝。近年来随着会城地区工农业生产的迅速发展和城市范围的不断扩大，以及现有河道淤塞严重，电排设施严重不足，新会城区在遭遇围内暴雨和围外暴潮时，极易产生内涝，严重影响生产生活及人居环境。为保障新会区经济社会的可持续发展，新会区提出建设江门市江新联围会城涝区排涝综合整治工程。根据工程排涝系统规划，金牛头排涝站是整个会城涝区排涝综合整治重要的组成部分。

金牛头排涝站布置于金牛头水闸左侧的空地上，金牛头排涝站设计排涝流量为49.0m3/s，设计净扬程为1.75m。总装机容量2000kW，装机台数4台，水泵采用斜式轴流泵，单机设计排涝流量为12.25m3/s，水泵型号30°斜式轴流泵1700ZXB-3。

根据《泵站设计规范(GB50265-2010)》泵站等别为Ⅲ等，泵站规模为中型，其建筑物级别为：主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级；但金牛头排涝站位于江新联围上，江新联围防洪潮标准按100a一遇设计，堤防永久性建筑物为2级，次要建筑物3级、临时建筑物5级。根据规范规定泵站与堤身结合的建筑物级别不应低于堤防的级别,泵站主要建筑物为2级，次要建筑物3级，临时建筑物4级。设计洪(潮)水标准为100a一遇，校核洪(潮)水标准为200a一遇。

1.2 排涝站泵房设计

金牛头排涝站主要建筑物包括进水段、进口拦污栅段、进水渠、进水前池、进水前池、进水池、泵房、出水压力箱涵、防洪闸室、出口消力池、出水渠道等。

泵站厂房为堤后式正面进水，厂房长轴平行于堤轴线布置，总装机容量2000kW，装机台数4台，水泵采用斜式轴流泵，单机设计排涝流量为12.25m3/s，水泵型号30°斜式轴流泵1700ZXB-3，叶轮中心安装高程-2.9m；设计总扬程2.67m，最高扬程3.35m。

泵站厂房段总长度为28.67m。泵房纵轴线与金牛头水闸中心线平行，泵房四周留6m宽的防汛、检修通道。泵站厂房分设主厂房与副厂房，主厂房上游侧设置4.60m长检修门槽段，在闸门槽上方，从厂房柱处悬挑吊车梁，梁上安装电动葫芦，用于启吊检修闸门。

主厂房分为流道层、水泵层、安装检修层，并安装了桥式起重机。主厂房长34.01m，宽16.6m，在检修间下面的流道层设有集水井，通过Φ200钢管与各水泵进水流道最低点相连。副厂房位于主厂房的下游侧，副厂房共三层，用于布置电气一、二次系统及中控室。

2 泵房基础处理方案

2.1 泵房地质基础情况

金牛头排涝站地层从上到下垂直划分为淤泥质土和强风化泥质粉砂岩，强风化带埋深25m-30m不等。根据地质勘察报告，排涝站基础为深厚的淤泥质土层，地基承载力较低，地基承载力特征值40-60kPa，低于泵站计算所需的地基承载力，必须进行地基处理[1]。

2.2 基础处理设计

对于深厚层淤泥地基，通常采用的地基处理方案有：钻孔灌注桩、预制桩、搅拌桩和水泥粉煤灰碎石桩等复合地基处理方案。

水泥搅拌桩复合地基处理方案具有施工设备简单，工程造价相对低得优点。但是根据工程地质勘察报告，由于搅拌桩施工设备的局限，搅拌桩桩端无法达到持力层，排涝站的沉降量会较大；而且工程场区为Ⅶ度地震区，如果采用深层搅拌桩基础处理方案，需要考虑由于震陷引起的复合地基承载力降低与沉降量加大的问题。泵站厂房尺寸大，对沉降要求比较高，基础处理设计不考虑水泥搅拌桩复合地基方案[2]。基础处理选定钻孔灌注桩和预制混凝土管桩方案进行方案比较，详见表1。

表1 排涝站基础处理方案投资比较表

1)方案1：混凝土预制桩方案。

排涝站基础采用直径0.5m的预制混凝土管桩进行处理，顺水流方向桩距1.80m，垂直水流方向桩距2.50m，桩深入强风化岩层4.0m，平均桩长22.0m，泵房底板长×宽为34.01m×28.67m，共布桩224根，总长4928m。

2)方案2：钻孔灌注桩方案。

排涝站基础采用直径1.0m的灌注桩进行处理，均布于排涝站底部，顺水流方向桩距5.0m，共6排，垂直水流方向桩距5m，共6排。桩端进入强风化岩石深度4.0m，桩深22.0m，排涝站底板需布桩36根，总长792m。

两种地基处理方案技术上都是可行的，但各有优缺点：

预制混凝土管桩有施工方便、施工进度快、造价适中的优点；缺点是施工设备比较重型，施工时容易对已施工的桩造成移位等影响。

钻孔灌注桩优点为施工设备相对较轻型，对在淤泥上施工，需要填筑的施工平台垫层较薄，桩机移动对已施工桩的影响较小，成桩质量比较容易控制有保证；缺点方面为造价相对较高，施工中如果碰到流塑状的淤泥，成孔困难，需加设钢护筒，增加施工费用[3]。

钻孔灌注桩和预制管桩两个方案对工程的长远影响方面两者优缺点基本一致，区别只在于施工方法上，两者比较，预制混凝土桩方案施工方便，施工进度快，成桩质量有保证。综合各方面的因素，推荐采用预制混凝土管桩方案作为基础处理方案。

断面图见图1。

图1 泵房基础处理设计图

3 泵房稳定计算

金牛头排涝站为新建泵站，必须对泵房的抗滑、抗浮稳定性和地基承载力进行验算。

3.1 基本资料

金牛头排涝站具体结构尺寸详见设计图纸。为简化计算，泵房稳定计算以泵房一典型机组段(宽6.20m)作为计算单元。

3.2 计算工况

3.2.1 基本组合

1)完建期,上下游无水。

2)设计工况，外江水位为P=1%水位(2.82m)，内江取设计运行水位(0.30m)。

3.2.2 特殊组合

1)校核工况，外江水位P=0.5%水位(2.98m)，内江水位取泵站最高运行水位(1.20m)。

2)地震工况，外江取多年平均高潮位(0.57m)，内江正常水位(0.30m)，泵站遭遇Ⅶ度地震。

3.3 安全系数

按照《泵站设计规范》(GB50265-2010)， 排涝站为主要建筑物，根据其工程级别，抗浮稳定安全系数为：基本组合1.10；特殊组合1.05。松软土基上泵站基底应力最大值与最小值之比的允许值为：基本组合1.5；特殊组合2.0。

3.4 计算方法

本工程泵房基底水平承载力和竖向承载力均由桩基承担，因此无需进行抗滑稳定计算，只需计算出各种工况下泵房底面水平力和竖向力，用此进行桩基设计。但泵房底板应力不均匀系数必须满足规范要求。泵房抗滑只需验证∑H≤∑T即可。

1)抗浮稳定安全系数计算公式如下：

(1)

2)泵房、闸室地基应力计算按以下公式计算：

(2)

3)桩基承载力计算

根据《建筑桩基技术规范JGJ 94-2008》，可分别进行预制桩桩基竖向承载力和水平承载力计算。

3.5 计算结果

泵房抗滑、抗浮及地基应力计算结果见表2-表4。

表2 泵房抗滑稳定计算成果表

表3 泵房抗浮稳定计算成果表

表4 泵房基础应力计算成果表

从上述计算可见，金牛头排涝站预制管桩地基能满足承载力和稳定的要求，因此泵房结构是安全的。

4 结 论

综上所述，金牛头排涝站泵房基础处理方案的设计，在结合工程实际地质情况下，综合考量方案的可行性、经济性、施工方面，提出经济合理、切实可行的基础处理方案，不但降低了泵房的沉降量，确保泵房结构稳定安全，而且能充分发挥金牛头排涝站设计效益，方便运行管理。