1.工程概况

 

　　潮州市内某泵站重建工程灌溉排水泵站更新改造项目之一，泵站始建于1963年，原装机10台，总装机容量为2800kW；1975年新建大站，并新装2台1600kW，总装机容量6000kW。泵站因运行时间长，泵房、进出水涵管等建筑结构存在隐患，机组也严重老化，2009年3月，经相关权威部门对其进行安全鉴定，泵站的旧站安全类别评为四类，大站的安全类别评为三类，需拆除重建。

 

　　2.工程规模及标准

 

　　泵站重建工程设计排水流量144.0m3/s，装机6台，单机功率为2000KW，装机容量为12000KW，工程等别为Ⅱ等大（2）型工程，永久性主要建筑物为2级，永久性次要建筑物按3级；设计防洪标准为50年一遇，校核防洪标准为200年一遇。

 

　　泵站重建工程建设内容主要包括清污桥、前池、进水闸、泵房、防洪闸及金属结构和机电设备安装等。泵房采用块基型泵房，与进水流道合建。所选水泵叶轮直径大于1.6m，为大型水泵。防洪闸与出水涵一起布置，出水涵为一机一涵共6孔，间也净宽6.7m。泵站重建工程平面布置见图1。

 

　　图1工程平面布置

 

　　3.工程地质条件

 

　　根据工程地质资料，泵站重建工程泵房和防洪闸位置地基土上部为填土、粉质粘土、粉土；中部为粉砂、中粗砂、砾砂、粘土、粗砂夹砾石等，并分布的淤泥质土；深部为粉土、残积土及各风化带基岩。内河左右两侧的1型扶壁挡墙基础下卧层依次为淤泥质土、粉质土、中粗砂、淤泥质土、粘土、强风化岩层等。各地层的工程特性指标地质值如表1。

 

　　根据各土层情况和工程特性指标值，泵房和防洪闸位置地基土中部分布的淤泥质土和深部的粉土层物理力学性质较差，呈流塑-软塑状，具高压缩性，低强度，低透水性和高灵敏度等软土特征，易产生沉降变形。地基土上部渗透性较小，为相对隔水层，厚度较大，有利于站址地基的抗渗稳定，中部砂层渗透性较大，为相对透水层，因其埋藏较深，产生管涌等形式的渗透破坏可能性较小，但应充分考虑其对地基稳定的不利影响。

 

　　1型扶壁挡墙上部和中部分布的淤泥质土层物理力学性质较差，呈流塑-软塑状，具高压缩性，低强度，低透水性和高灵敏度等软土特征，易产生沉降变形，需进行基础处理。

 

　　表1各层土的工程特性指标值汇总表

 

　　指标

 

　　岩土层序及名称 承载力

 

　　特征值

 

　　？ak

 

　　（kPa） 压缩模量

 

　　Es1-2

 

　　（MPa） 直接快剪固结快剪

 

　　cq

 

　　（kPa） φq

 

　　（O） ccq

 

　　（kPa） φcq

 

　　（O）

 

　　⑴ 填土 100 5.07 9.5 11.5 5.2 15.8

 

　　⑵-1 粉质粘土 120 3.79 10.7 6.5 6.8 17.5

 

　　⑵-2 粉土 130 6.64 16.5 16.0 12.3 22.0

 

　　⑶-1 粉砂 1400 20.0

 

　　⑶-2 中粗砂 2000 25.5

 

　　⑶-3 砾砂 2500 29.0

 

　　⑷ 淤泥质土 60 2.65 8.0 2.5 4.8 15.2

 

　　⑸ 粘土 160 6.00 9.5 10.5 22.0 16.5

 

　　⑸-J 粗砂夹砾石 300

 

　　⑸-2 粉土 90 3.95 5.0 20.0

 

　　⑹ 残积土 180 3.76 8.5 21.0

 

　　⑺-2 强风化灰岩 600

 

　　⑺-3 中风化灰岩2000

 

　　4.基础处理方案

 

　　泵站重建工程泵房和防洪闸位置地基土上部填土层未经处理不宜作为建筑物的天然地基持力层，上部粉质粘土层承载力稍高，分布较均匀，埋藏较浅，可作为本工程基础的天然地基持力层，但由于基土中部分布的淤泥质土层的不利影响，需进行基础处理。根据工程的实际情况，本工程选择应用广泛、技术成熟的桩基础处理方案。

 

　　如果建筑物的主体部位桩基形式为钻孔灌注桩，以中部粉砂、中粗砂、砾砂、粗砂夹砾石层或深部各风化带灰岩作为桩端持力层，但深部粉土残积土层遇水易软化，影响中部桩端持力层，所以桩基形式不宜采用灌注桩。若采用砼预应力桩，可以中部粉砂、中粗砂或砾砂层作为桩端持力层，满足承载要求。

 

　　建筑物下布置钻孔灌注桩，可彻底消除地基土液（软）化的影响和地基土层互层结构的问题，对于软土深厚（大于50m）及软弱下卧层埋深大的地段该方案有明显优点，还有效提高建筑物坚向承载力和抗水平推力能力。其优点属于非挤土桩或少挤土，对周边环境影响小；桩长可根据土层分布情况变化，容易适应持力层高低变化，且可穿过各种软、硬夹层；桩承载力高，桩身刚度大；其缺点是质量控制要求较高，施工进度较慢，并且钻孔成桩需安排场地便于基础排泥，对周边环境产生一定影响。

 

　　依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）及国标《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等有关规范，各层土的桩基特性指标建议值如下表2。从表中数据可看出预制桩特性指标值相对钻孔灌注桩较为优胜。

 

　　表2各层土的桩基特性指标值汇总表

 

　　指标

 

　　地层层序及名称 预制桩 钻（冲）孔灌注桩

 

　　桩侧摩阻力

 

　　特征值qsk（kPa） 桩端阻力特征值

 

　　qpa（kPa） 桩侧摩阻力

 

　　特征值

 

　　qsk

 

　　（kPa） 桩端阻力特征值qpa（kPa）

 

　　桩入土深度（米）桩入土深度（米）

 

　　1630h≤15 h>15

 

　　⑴ 填土 不考虑侧阻力贡献

 

　　⑵ 粉质粘土2520

 

　　⑶-1 粉砂 18 800 1000 12 200 300

 

　　⑶-2 中粗砂 40 2500 3500 30 700 900

 

　　⑶-3 砾砂 45 4000 5000 35 800 1200

 

　　⑷ 淤泥质土 108

 

　　⑸ 粘土 3528

 

　　⑸-J 粗砂夹砾石 5550

 

　　⑸-2 粉土 1512

 

　　⑹ 残积土 30 1000 1200 25 300 400

 

　　⑺-2 强风化灰岩 100 3000 4000 80 800 1000

 

　　⑺-3 中风化灰岩饱和状态下单轴极限抗压强度标准值？rk=20MPa

 

　　预应力混凝土管桩施工方便，施工进度快，承载力高，桩身质量容易控制，且施工时可通过压桩机的压力控制，做到各桩的承载力基本相同或可按计算受力状况调节各桩的承载力，以减少建筑物可能发生的不均匀沉降。预应力管桩的缺点是施工设备比较重型，打桩噪音大，挤土量大，桩径小，地层和桩长受限，接桩难度大，对场地及施工辅助设施要求较高，施工时容易对已施工的桩造成移位等影响。

 

　　从工程投资上对比，钻孔灌注桩基础处理工程费用较高，从工期比较，钻孔灌注桩成桩后需经28天取芯检验合格方可下一工序施工，工期较长，而同一工程的混凝土预应力管桩施工只需几天时间可完成，检测可采用竖向抗压静载检测和小应变检测桩身完整性的方法进行检测，检测方法简单，时间短。

 

　　显然，泵站泵房、防洪闸和1型扶壁挡土墙基础处理方案采用预应力高强混凝土管桩较为适宜。

 

　　5.管桩布置

 

　　考虑节约投资和缩短工期，泵站泵房、防洪闸及1型扶壁挡墙均采用预应力高强混凝土管桩（PHC桩），泵房、防洪闸采用管桩规格为AB型φ400×95mm，共306根，其中泵房段以泵房纵向轴线分成两块，每块为9根×8根布置，共144根桩。防洪闸段以防洪闸纵向轴线分成两块，每块为9根×9根布置，共162根桩。

 

　　1型扶壁挡墙基础处理采用规格为AB型600×130mm预应力高强混凝土管桩（PHC桩），共30根。泵房、防洪闸及1型扶壁挡墙桩基平面布置见图2。

 

　　图2泵房、防洪闸及1型扶壁挡墙桩基平面布置

 

　　6.管桩基础施工情况

 

　　泵站重建工程于2011年11月开工建设，先进行内江、外江围堰填筑，泵房、防洪闸段基坑开挖，然后进行预应力管桩施工。

 

　　泵房和防洪闸桩基础工程施工方法选用D25柴油锤施打，泵房部分单桩竖向承载力特征值不小于170kN，防洪闸部分单桩竖向承载力特征值不小于170kN。

 

　　1型扶壁挡墙基础处理采用D45型柴油锤施打，要求打至强风化灰岩层内不少于1.0米，最后3锤平均每阵贯入度不大于2.5cm，桩接间采用焊接连接，单桩竖向承载力特征值Ra=1500kN。

 

　　混凝土管桩施工现场的地耐力要求较高，在新填土、淤泥土及积水浸泡过的现场施工易陷机，桩基施工前时进行中砂回填，以适应的桩机机型地耐力。

 

　　由于PHC管桩仍然具有挤土效应，对周围建筑物建筑环境有一定影响，要求边桩中心到相邻建筑物的间距较大，由于泵房和防洪闸位置相邻，泵房桩基面与防洪闸桩基面有6.2m的高差，所以，先进行较低处的泵房管桩施工，待泵房管桩施工完成后，在泵房基坑位置回填砂土，减小泵房与防洪闸之间基面的高差，然后再进行防洪闸管桩施工。

 

　　7.管桩工程效果

 

　　泵站泵房和防洪闸306根φ400×95mm和1型扶壁挡墙30根600×130mm预应力高强混凝土管桩自2011年12月初施工，2012年2月底完成。经第三方检测单位采用低应变动测法检测桩身完整性和采用竖向静载试验的方法对管桩的单桩竖向抗压承载力抽检，桩基质量符合设计要求。

 

　　泵站重建工程的泵房、出水箱涵、防洪闸和1型扶壁挡土墙已完成，根据对建筑物的监测情况，目前，各建筑物结构稳定，无不均匀沉降或异常的变形。

 

　　8.结语

 

　　采用预应力高强混凝土管桩进行地基处理是工程建筑地基加固中一种效果好、成本低的地基处理方法。本泵站重建工程泵房、防洪闸和1型扶壁挡墙等结构位置地基存在软弱土层，但通过考虑各种利弊因素，因地制宜采用预应力高强混凝土管桩的基础处理方法，既满足技术要求，又缩短工期，并节约了投资，这也为同类工程问题解决提供一个成功的范例。

 

　　参考文献

 

　　[1]建筑地基基础设计规范，广东省标准，DBJ15-31-2003

 

　　[2]建筑桩基技术规范，JGJ94-2008