李 松

（山西省滹沱河坪上水利工程管理局 山西太原 030002）

1 工程概況

季莊加壓泵站是山西省坪上應(yīng)急引水工程的分水樞紐，位于定襄縣季莊西北，廠房區(qū)主要有主廠房、副廠房和進(jìn)水池組成。

該泵站主廠房長(zhǎng)30 m、寬12 m，采用磚混，外包排架柱，單層布置。下部為現(xiàn)澆鋼筋混凝土泵坑，長(zhǎng)30.74 m、寬12.74 m，泵坑底板厚0.8 m。

副廠房位于主廠房出水管側(cè)，長(zhǎng)30 m、寬9 m，采用單層磚混結(jié)構(gòu)，由中控室、空壓機(jī)室、低壓開關(guān)室、高壓開關(guān)室、電容器室、值班室等組成。

進(jìn)水池與消防池位于主廠房進(jìn)水管側(cè)，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)30.0 m，寬4.5 m，池中設(shè)計(jì)水深2.8 m，池頂混凝土蓋板厚0.15 m。

2 復(fù)合地基處理

季莊泵站站址地面呈臺(tái)階狀，基礎(chǔ)發(fā)育地層屬于第四系上更新統(tǒng)坡洪積物、淡黃色的低液限粉土，結(jié)構(gòu)比較松散、硬朗，稍干。土顆粒較細(xì)且均勻、具大孔隙，夾雜低液限黏土、含細(xì)粒土透鏡體以及表層發(fā)育根系等，厚度大于15.0 m。基礎(chǔ)下部屬于低液限黏土，夾雜低液限粉土透鏡體。該廠區(qū)濕陷性黃土基礎(chǔ)含水率 6.0%～14.5%，干密度 1.24～1.48 g/cm3，孔隙比 0.80～1.065，壓縮系數(shù) 0.11～0.93 MPa-1，屬于中高壓縮自重濕陷性土質(zhì)，濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)，地基承載力為80～120kPa。

濕陷性黃土地基承載力特征值不能滿足上部建筑物安全要求。本工程依據(jù)設(shè)計(jì)采用3∶7灰土擠密樁對(duì)濕陷性黃土基礎(chǔ)進(jìn)行了復(fù)合處理，以提高泵站廠房區(qū)地基承載力。泵站廠房區(qū)基坑開挖邊坡為1∶0.75，擠密樁按照等邊三角形布置，樁體直徑為450 mm，樁距為1.4 m，處理范圍至進(jìn)水池、主廠房基礎(chǔ)的底部外緣5.0 m，樁孔采用消石灰與土的比例為3∶7的灰土分層回填、分層夯實(shí)。樁頂以上再填筑厚度為0.5 m的3∶7灰土墊層至建基面。復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值要求不小于120 kPa?；彝翑D密樁的樁間相對(duì)位置見圖1。

圖1 3∶7灰土擠密樁樁間相對(duì)位置圖

3 復(fù)合地基承載力試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)布置

承載力檢測(cè)試驗(yàn)的目的是校驗(yàn)季莊泵站廠房區(qū)3∶7灰土擠密樁復(fù)合地基承載力能否滿足設(shè)計(jì)要求。該試驗(yàn)加荷原理是利用千斤頂把上部壓重轉(zhuǎn)化為反作用力傳遞到承壓板，再通過(guò)承壓板將荷載傳遞到復(fù)合基礎(chǔ)試驗(yàn)部位，荷載調(diào)節(jié)及反力系統(tǒng)包括千斤頂、荷載平臺(tái)、承壓板和配重。荷載調(diào)節(jié)裝置選用500 kN液壓式千斤頂；承壓板選用邊長(zhǎng)為1.0 m、厚0.3 m的C30混凝土方形預(yù)制塊；載平臺(tái)選用組合鋼梁，其中主梁為3根長(zhǎng)5 m的25#工字鋼平行布置，側(cè)邊梁為2根長(zhǎng)3 m的25#工字鋼；配重選用10根長(zhǎng)3 m、寬0.5 m、厚0.4 m的預(yù)制混凝土塊。

試驗(yàn)過(guò)程中用基準(zhǔn)梁和百分表進(jìn)行系統(tǒng)沉降觀測(cè)。在承壓板上兩個(gè)正交直徑方向?qū)ΨQ安置4個(gè)百分表。安置的時(shí)候經(jīng)萬(wàn)能表架固定在2根長(zhǎng)6m的工字鋼基準(zhǔn)梁上。百分表的量程為50 mm、精度為0.01 mm。每次調(diào)節(jié)荷載前、后均讀取并記錄承壓板沉的降量，30 min讀記一次。觀測(cè)1 h內(nèi)的沉降量小于0.1 mm的時(shí)候增加至下一級(jí)荷載，每級(jí)荷載時(shí)間間隔不小于2 h。復(fù)合地基承載力試驗(yàn)裝置示意圖詳見圖2。

本試驗(yàn)在主廠房、副廠房和進(jìn)水池各選取一個(gè)擠密樁體J1#、J2#、J3#點(diǎn)進(jìn)行單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)。選定好J1#、J2#、J3#點(diǎn)荷載試驗(yàn)位置后布設(shè)載重支撐、荷載平臺(tái)和配重。在荷載試驗(yàn)位置鋪設(shè)150 mm厚中粗砂找平，找平層上部平鋪承壓板。承壓板底面高程同基礎(chǔ)地面的設(shè)計(jì)高程一致。承壓板與荷載平臺(tái)之間安置液壓千斤頂。試驗(yàn)過(guò)程中用液壓千斤頂垂直施加荷載，壓力表同步量測(cè)并記錄，壓力表量程為60MPa、精度為0.4級(jí)。本次試驗(yàn)最大荷載增加至340 kPa，每級(jí)增加荷載值為最大荷載值的1/10，具體分級(jí)值見表1。

表1 灰土擠密樁復(fù)合地基增加荷載分級(jí)統(tǒng)計(jì)

圖2 復(fù)合地基承載力試驗(yàn)裝置示意圖

3.2 試驗(yàn)成果

該試驗(yàn)在廠房區(qū)J1#、J2#、J3#點(diǎn)的最大荷載均為340 kPa，最終沉降量分別為 13.59 mm、18.79 mm、12.68 mm，卸載后殘余沉降分別為9.38 mm、14.67 mm、9.07 mm。通過(guò)繪制觀察J1#、J2#、J3#的荷載P與沉降s關(guān)系的曲線（詳見圖3），均呈圓滑形，特征點(diǎn)并不明顯，且無(wú)明顯的沉降段。該試驗(yàn)壓力-沉降曲線（P-s曲線）無(wú)比例界限，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），取s/b=0.008（其中s為靜荷載試驗(yàn)承壓板沉降量，b為承壓板寬度）確定復(fù)合地基承載力特征值，J1#、J2#、J3#點(diǎn)沉降量為8 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載值約為 220 kPa、180 kPa、270 kPa，但同時(shí)應(yīng)滿足地基承載力的特征值不應(yīng)大于最大承載力的一半，本試驗(yàn)最大加載值均為340 kPa，三處試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值確定為170 kPa，大于設(shè)計(jì)要求承載力120 kPa。

圖 2 J1#、J2#、J3#P-s曲線

4 土工試驗(yàn)檢測(cè)

本次土工試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容包括三七灰土擠密樁樁體壓實(shí)度和樁間擠密密實(shí)度。

探井采用人工開挖和取樣，在復(fù)合基礎(chǔ)分散4個(gè)布設(shè)取土探井分別記為T1、T2、T3和T4，探井挖掘深度為有效樁頂標(biāo)高以下9～10 m，探井自有效樁頂標(biāo)高下部1.15 m開始，間隔1.0 m取試樣一組，每組2個(gè)土樣，其中在距擠密樁孔心2/3孔半徑處取1個(gè)擠密樁樁體灰土樣檢測(cè)樁體夯實(shí)效果，在等邊三角形布置的擠密樁三角形形心處取1個(gè)樁間素土土樣檢測(cè)樁體間擠密效果。

4.1 灰土擠密樁樁體夯實(shí)效果

三七灰土樁體試樣通過(guò)土工輕型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定最大干密度ρdmax為1.48 g/cm3、最優(yōu)含水率ωop為13.8%。樁體試樣干密度ρd及相應(yīng)壓實(shí)系數(shù)λc統(tǒng)計(jì)詳見表2。

表2 廠房三七灰土樁體夯實(shí)主要技術(shù)參數(shù)

觀察數(shù)據(jù)可知，該試驗(yàn)三七灰土樁體試樣干密度ρd最小值位于試樣T1點(diǎn)深1.15m處和T4點(diǎn)深3.15m處，最小干密度為1.34 g/cm3。最大值位于T2點(diǎn)深9.15 m處，最大干密度為1.63 g/cm3，干密度平均值為1.43 g/cm3；相應(yīng)壓實(shí)系數(shù)λc最小值為0.91，最大值為1.10，壓實(shí)系數(shù)平均值為0.96。

4.2 灰土擠密樁樁間土擠密效果

通過(guò)土工輕型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定灰土擠密樁樁間素土試樣最大干密度ρdmax為1.72 g/cm3，最優(yōu)含水量ωop為12.9%。樁間土試樣干密度ρd及相應(yīng)擠密系數(shù)ηc統(tǒng)計(jì)詳見表3。

觀察數(shù)據(jù)可知，灰土擠密樁樁間土樣干密度ρd最小值位于試樣T4點(diǎn)深1.15m處，最小干密度為1.50g/cm3。最大值位于T4點(diǎn)深7.15m處，最大干密度為1.73g/cm3，干密度平均值為1.57 g/cm3。相應(yīng)擠密系數(shù)ηc最小值為0.87，最大值為1.01，擠密系數(shù)平均值為0.91。

表3 廠房樁間土擠密主要技術(shù)參數(shù)

濕陷性黃土基礎(chǔ)干密度為1.24～1.48 g/cm3。根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果，在季莊泵站廠房區(qū)按設(shè)計(jì)要求經(jīng)三七灰土擠密樁復(fù)合地基處理的深度范圍內(nèi)，地基土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較處理前有較大提高，滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

5 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土軟基基礎(chǔ)承載力較差，不能安全承載上部水工建筑物，本工程選用三七灰土擠密樁的方式對(duì)季莊泵站濕陷性黃土軟基進(jìn)行復(fù)合處理，并通過(guò)荷載及土工試驗(yàn)，確認(rèn)了該復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)不小于120 kPa的要求，且物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較處理前有較大提高，也為以后類似濕陷性黃土軟基基礎(chǔ)的處理提供了參考依據(jù)。