排灌泵站地基处理方案比选及设计

摘要：排灌泵站在促进地区经济建设中起到重要作用，确保其安全稳定运行至关重要。排灌泵站地基基础对排灌泵站今后的使用和造价、工期都有重要的影响，因此，必须做好方案的比选和设计。本文结合具体工程实例，详细介绍了排灌泵站地基处理方案的比选，对采用的钢筋混凝土钻孔灌注桩加固方案进行了设计，对同类工程具有参考价值。

关键词：排灌泵站；地基处理方案；比选；钻孔灌注桩；设计

0 引言

排灌泵站，一般用于农田灌溉和排涝，以及城市和工业生产过程中的供排水。排灌泵站的安全稳定运行直接影响到经济的可持续发展和威胁人民群众的生命安全。而地基处理方案的选择与设计在排灌泵站建设中具有重要地位，因此在选择地基处理方法时，应综合考虑场地工程地质和水文地质条件等因素，经过技术经济指标比较分析后择优采用。

1 工程地质条件

某排灌站各部位建基面高差大，加之地基条件复杂，故泵站设计中考虑泵站不同部位采用不同的地基处理型式。站址处工程地质自上而下依次为：堤身填土、1-1层砂壤土、轻粉质壤土、1层淤泥质重粉质壤土、3层中粉质壤土、3-1层砂壤土、3-2层淤泥质重粉质壤土和4层极细砂。各土层物理力学指标建议值如表1所列。

泵房建基面高程为4.9m，底板位于1层淤泥质重粉质壤土底部，该层强度低，承载力在70kPa；下部3层土强度稍高，承载力在130kPa，其顶板距泵房建基面大约1m。

2 地基处理方案的比选

由于泵房、排涝出水涵及其翼墙墙、前池翼墙、排涝进水闸及进水侧翼墙基地应力均大于天然地基承载力，地基需加固处理。

泵站泵房建筑高度较大，上部荷载多，根据计算，站身完建期垂直总荷载为209530kN，底板基地最大应力为184.9kPa，同时，站身部位为整个泵站的核心部位，泵站机电设备、主要控制闸门及计算机控制系统均布置于此，因此，为确保机组及其它设备平稳运行，除了对地基应力有较高要求外，对整个泵房的沉降变形等也要严格控制，故泵房部位的地基处理应采取较为稳妥的方式。

进水闸、前池两侧挡墙、汇水箱、出水箱涵、翼墙等次要部位的上部荷载相对较少，根据计算，上述部位中，翼墙底板的应力最大，为161.5kPa，其余部位地基应力均在100kPa左右，且相对泵房部位，上述部位对沉降变形要求也相对较小，故地基处理方式主要考虑满足承载力要求即可。

水利工程中常用的地基处理如下：

（1）换土方案。先将各基础底部的软弱土层挖除，填以重粉质壤土，并分层夯实。根据软弱土层的深度及规范要求，泵站地基换土深度一般在3.0m以内，考虑到泵站下卧软弱土层较厚，换土深度较大，故本站不宜采用换土方式。

（2）水泥粉喷搅拌桩。它是利用水泥作为固化剂通过强制搅拌使软土固结硬化，从而提高地基的承载力。该法对软基有较好的效果，施工方便，工程造价低；不足之处在于，受施工工艺的限制，有效桩长宜控制在10m之内，这一点就限制了复合地基的地基承载力，且地基有一定的沉降量。

（3）钻孔灌注桩。它可与底板形成刚性的桩基础，承载力提高幅度较大，沉降量小，且成桩质量好，但对施工场地要求高、施工难度大，工程造价高。

综上述，根据3种地基处理方案的优缺点，结合泵站工程的实际情况，既要保证工程的安全可靠，又要考虑措施的经济合理性。由于泵站站身上部建筑物多、荷载大，对地基要求高，故该部位地基处理采用钢筋混凝土钻孔灌注桩加固；对地基反力较小、沉降变形要求不高的进水闸、前池两侧挡墙、汇水箱、出水箱涵、翼墙等次要部位的地基采用水泥粉体喷射搅拌桩加固。

3 泵房基础处理设计

3.1 地基处理设计

水泥搅拌桩桩型采用双头搅拌桩（断面为2 个直径0.7 m 搭接0.2 m 的复合桩），固化剂采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入比选用15 %。

3.1.1 水泥搅拌桩单桩竖向承载力标准值Rdk确定

1.2fsp，k>pmax，满足建筑桩基技术规范要求。

布置水泥搅拌桩时考虑了群桩横截面的重心和荷载合力作用点一致的原则，在泵房的上游侧，桩中心间距为1.2m×1.4m，在下游侧桩中心间距为1.2m×1.525m。考虑泵房的抗渗要求，上、下游侧第一排水泥搅拌桩布置成连续壁状，搭接0.2m。

3.1.3 下卧层地基验算

因水泥搅拌桩置换率较大且为摩擦桩型，因此按群桩作用的原理，对下卧层地基进行验算。验算时将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础，考虑假想实体基础侧面与土的摩擦力，验算假想基础底面的承载力。加固地基的允许承载力R sp 采用控制工况的平均地压力167.1kPa，实体基础的水下容重取8.8 kN/m3，经计算假想基础底面的压力pa=217.35kPa。

修正后的实体基础底面的地基允许承载力R=348.4kPa，pa

3.1.4 泵房基础地基变形验算

3.2 钢筋混凝土灌注桩设计

根据已建工程设计经验，为确保桩体与桩间土变形协调，避免站身底板与地基脱空而形成渗漏通道，一般将站身总垂直荷载的80%分配给钢筋混凝土灌注桩承担，另外20%由桩间土承担，站身的水平荷载全部由桩体承担。泵站钢筋混凝土灌注桩桩径拟定为1.0m，桩长16.0m，站身底板兼作桩基承台厚1.2m，顺水流向桩中心间距2.5m，垂直水流向桩中心间距3.5m，桩底高程-12.30m，泵房总桩数144根。站身部位按上述设计进行处理后，经计算，基桩竖向承载力设计值为1998kN，大于泵房的单桩承载力1455kN，灌注桩设计满足要求；桩顶的最大水平位移为4.9mm，满足《泵站设计规范》（GB50265-2010）相应规定要求。

3.3 水泥粉体喷射搅拌桩设计

根据前述泵站泵房地基加固处理方案的比较，对进水闸、前池两侧挡墙、汇水箱、出水箱涵、翼墙等部位的地基采用水泥粉体喷射搅拌桩方案。各部位的粉喷桩水泥掺入比均为15%，桩径0.5m，桩间距0.8m，桩底深入③中粉质壤土层内，平均桩长为6.0m。

按上述方式进行地基处理后，按相关规范计算得出：水泥粉体喷射搅拌桩单桩竖向承载力特征值86.53kN，地基采用粉喷桩加固后，翼墙处复合地基承载力为171.53kPa，满足要求。

3.4 基础沉降计算

复合地基的沉降包括桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形之和。桩群体的压缩变形S1按（1）式计算：

S1=（Po+P0）L/2×E0（1）

其中，Po为群桩体顶面的平均压力，kPa；P0为群桩体底面的附加压力，kPa；L为实际桩长，m；E0为群桩体的变形模量，E0=mEp+（1-m）×Es；Ep为搅拌桩的变形模量，可取（100～120）qu，kPa；Es为桩间土的变形模量，kPa；桩端下未加固土层的压缩变形S2按分层总和法进行计算，计算公式与堤身沉降计算相同。

加固后，泵房最大沉降量为0.12m，最小沉降量为0.1m，沉降差为0.02m，满足要求。

4 结束语

该排灌泵站工程现已完工，经过对该站的跟踪观测，泵站各部位沉降及位移变化均小，取得了预期的设计效果。工程根据泵站不同部位的荷载特点，通过合理选择不同的地基处理型式，既满足了泵站各部位对地基应力、变形的要求，又兼顾了地基处理的经济合理性，可为类似工程建设提供参考。

参考文献：

[1] 姜规模；张思玉；韦显呈.钢筋混凝土钻孔灌注桩应用研究[J].岩土工程界，2009年08期

[2] 孔鹏.浅谈地基处理的几种常用方法[J].山西建筑，2009年28期