王攀峰 李書(shū)群 王明智

引黃入冀補(bǔ)淀工程自河南省濮陽(yáng)市渠村閘引水，向北途徑河南河北2省、6 市、23 個(gè)縣（市、區(qū)），最終經(jīng)任文干渠末端十二孔閘入白洋淀。引黃入冀補(bǔ)淀泵站位于引黃入冀工程末端，設(shè)計(jì)流量為30m3/s，其工程任務(wù)是當(dāng)?shù)韮?nèi)水位高于引黃入冀補(bǔ)淀工程設(shè)計(jì)補(bǔ)淀水位時(shí)揚(yáng)水入淀，為白洋淀生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供有力支撐。泵站泵房結(jié)構(gòu)由水泵層、設(shè)備層和上部建筑結(jié)構(gòu)組成，泵房結(jié)構(gòu)自重和荷載均較大。泵房位于淀區(qū)內(nèi)側(cè)，地層承載力低、壓縮性大，地層分布不均，且存在地震液化現(xiàn)象，泵房基底地基應(yīng)力和不均勻沉降均不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行地基處理。

1.泵站地質(zhì)情況

泵站位于十二孔閘下游70m、白洋淀淀區(qū)內(nèi)，場(chǎng)區(qū)地質(zhì)鉆孔深度40m，勘探深度范圍內(nèi)地層從上到下依次劃分為3 個(gè)工程地質(zhì)單元。

上部Ⅰ單元為第四系全新統(tǒng)沖洪積層，厚度約10m，由淤泥質(zhì)土、粉砂、壤土及少量砂壤土層組成，地基承載力約100kPa，平均壓縮模量Es1-2約5.2MPa。Ⅰ單元埋深3.8m～10.6m 的粉砂層呈松散～中密狀態(tài)，存在地震液化現(xiàn)象，液化等級(jí)為中等。壤土層呈可塑狀態(tài)，具中等～高壓縮性，土質(zhì)不均，局部較軟。

中部Ⅱ單元為第四系全新統(tǒng)沖湖積層，厚度約6m，由黏土、壤土層及少量粉砂層組成，地基承載力約110kPa～120kPa，平 均 壓 縮 模 量 Es1-2約6.5MPa。Ⅱ單元土質(zhì)不均，承載力偏低，具中等～高壓縮性。

下部Ⅲ單元為第四系上更新統(tǒng)沖湖積層，厚度約24m（未鉆透），由黏土、壤土砂層組成，地基承載力約130kPa～150kPa，平 均 壓 縮 模 量 Es1-2約7.0MPa。Ⅲ單元分布較為連續(xù)，厚度穩(wěn)定，具中等壓縮性。

泵站場(chǎng)區(qū)為Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，基本地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)地震烈度為Ⅶ度。

2.天然地基基底應(yīng)力及沉降

泵站泵房底板長(zhǎng)25m，寬41.5m，厚1.2m，底板以上由水泵層、設(shè)備層和上部建筑結(jié)構(gòu)組成，總高22.8m，泵房結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)圖1。

泵房建基面高程-1.75m，接近Ⅰ單元粉砂層的頂面。傳遞到基底的力有泵房結(jié)構(gòu)自重、淀內(nèi)外水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力、地震力等作用。經(jīng)計(jì)算基底平均應(yīng)力為214.5kPa，最大基底應(yīng)力為231.9kPa，位于淀區(qū)內(nèi)側(cè)；最小基底應(yīng)力197.1kPa，位于淀區(qū)外側(cè)?？紤]深度、寬度修正后，基底土層承載力為187kPa。依據(jù)分層總和法計(jì)算沉降，泵房沉降值為20.3cm。

3.地基處理方案

天然地基狀態(tài)下，泵房基底應(yīng)力和沉降均不滿足規(guī)范要求。泵房基底粉砂層液化等級(jí)為中等，工程抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)采取措施全部消除液化，因此泵房需進(jìn)行地基處理。

此工程地基承載力低，土層壓縮性大，且地震液化土層埋深較大，不適合采用換填等淺層處理方式，需采用樁體穿透液化土層的深層處理方式。常用的深層處理方式有水泥土攪拌樁、鉆孔灌注樁、振沖碎石樁、載體夯擴(kuò)樁等。

3.1 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過(guò)攪拌樁機(jī)在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，固化劑和軟土之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基。

圖1 泵房結(jié)構(gòu)剖面圖

水泥土攪拌樁適合加固飽和軟黏土地基，可達(dá)到減輕液化影響、提高地基承載力的作用。但水泥土攪拌樁只對(duì)樁內(nèi)土體固化，沒(méi)有起到對(duì)樁周?chē)馏w擠密作用，對(duì)地基承載提高較小，消除液化效果不顯著。

3.2 鉆孔灌注樁

通過(guò)螺旋鉆成孔，穿透液化土層，進(jìn)入下部堅(jiān)實(shí)土層，在樁孔內(nèi)設(shè)置鋼筋籠、澆筑混凝土，形成鋼筋混凝土樁體，通過(guò)樁周?chē)Σ亮μ峁┏休d力，樁基液化段摩阻力根據(jù)液化指數(shù)和土層所在深度進(jìn)行折減。

鉆孔灌注樁對(duì)周?chē)馏w沒(méi)有擠密作用，樁基承載力主要靠樁周土體摩擦提供承載力，需要樁長(zhǎng)較大，樁基個(gè)數(shù)較多，施工周期長(zhǎng)，費(fèi)用較高。而且鉆孔灌注樁與基礎(chǔ)底板連接，可能形成偏載，基礎(chǔ)底板受力較復(fù)合地基受力差。

3.3 振沖碎石樁

振沖碎石樁通過(guò)強(qiáng)烈的高頻強(qiáng)迫振動(dòng)，使處于飽和狀態(tài)的松散砂土產(chǎn)生液化并重新排列致密，并在樁孔中填入大量碎石等粗骨料，將骨料擠壓入周?chē)馏w，使土體的相對(duì)密實(shí)度增加、孔隙率降低、土的物理力學(xué)性能改善，大幅度提高地基承載力。

振沖碎石樁樁體內(nèi)碎石可形成良好的排水通道，快速消散地震引起的超孔隙水壓力，防止砂土液化，加速地基的排水固結(jié)。但碎石樁會(huì)破壞不透水層，可能導(dǎo)致形成滲漏通道，泵站建成后將作為白洋淀防洪體系的一部分，應(yīng)具有防滲透能力，因此不適合采用振沖碎石樁。

3.4 載體夯擴(kuò)樁

載體夯擴(kuò)樁采用螺旋鉆成孔，分批加入磚塊、碎混凝土塊等填充料，用柱錘反復(fù)夯實(shí)，控制最后三擊貫入度不大于12cm、且夯擊次數(shù)不小于8 次，最后澆筑C25 混凝土樁體。

通過(guò)夯錘反復(fù)夯擊，在樁體底部形成擴(kuò)大樁頭，對(duì)周?chē)馏w夯實(shí)、擠密，可起到消除地震液化作用，顯著提高地基承載力。載體夯擴(kuò)樁單樁承載力高，所需樁長(zhǎng)段、樁個(gè)數(shù)較少，采用螺旋鉆成孔，施工快捷。

經(jīng)綜合比選，采用載體夯擴(kuò)樁進(jìn)行地基處理。載體樁樁徑0.5m，樁距1.8m，樁長(zhǎng)10m，正三角形布置，樁頂設(shè)50cm 厚水泥碎石土墊層（水泥∶碎石∶土=5∶35∶60）+10cm 厚C15 素混凝土墊層，墊層每側(cè)比載體樁處理范圍寬0.5m。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，地基處理范圍大于基底面積，并應(yīng)在基礎(chǔ)外緣應(yīng)擴(kuò)大1～2 排樁。對(duì)于可液化地基，處理范圍向基礎(chǔ)外擴(kuò)不小于可液化土層厚度的1/2，且不小于5m，樁長(zhǎng)穿透液化層以下1m。

載體夯擴(kuò)樁處理后形成復(fù)合地基，地基承載力按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》計(jì)算，對(duì)有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力計(jì)算：

式中：

λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；

Ra—單樁豎向承載力特征值(kN)；

Ap—樁截面面積；

m—面積置換率，m=d2/de2，d 為樁身的平均直徑（m）,de 為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑(m)；

β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；

fspk—處理后樁間土承載力特征值。

單樁豎向承載力特征值根據(jù)《載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程》采用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中：

fa—經(jīng)深度修正后載體持力層地基承載力特征值(kPa)；

Ac—載體樁等效計(jì)算面積，沒(méi)有當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)規(guī)范按照土層類(lèi)別和最后三擊貫入度選用。

經(jīng)計(jì)算，處理后泵房底復(fù)合地基承載力340kPa,滿足地基承載力要求。

地基沉降根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用分層總和法計(jì)算：

式中：

ψs—沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)地區(qū)觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定，無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)變形計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值、基底附加應(yīng)力按照規(guī)范選用；

P0—準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力(kPa)；

Esi—基礎(chǔ)底面下第i 層的壓縮模量（MPa），應(yīng)取土的自重壓力至土的自重壓力與附加應(yīng)力之和的壓力段計(jì)算；

zi、zi-1—基礎(chǔ)底面距第i 層土、第i-1 層土底面的距離；

、—基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土和i-1 層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

復(fù)合地基的壓縮模量等于天然地基 壓 縮 模 量 的ζ 倍，ζ=fspk/fak，fspk為 處 理后地基承載力特征值，fak為天然地基承載力特征值。

經(jīng)計(jì)算，處理后泵房基底沉降為4.5cm，滿足規(guī)范要求。

4.結(jié)論

針對(duì)引黃入冀補(bǔ)淀泵站地基承載力低、壓縮性大、地震液化問(wèn)題，對(duì)地基處理方式分析比選，采用載體夯擴(kuò)樁處理?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和沉降監(jiān)測(cè)表明，載體夯擴(kuò)樁有效提高了地基承載力，消除了地震液化現(xiàn)象，為泵站上部結(jié)構(gòu)提供了良好的地基條件，處理效果良好，可為同類(lèi)工程設(shè)計(jì)提供參考。