小型电排站软基处理方案研究

蔡畅

摘要：佛山市位于珠江三角洲平原区，区域内淤泥或淤泥质土层深厚，这种软弱地基在水利工程建设中十分常见。本文以镇安电排站为案例，论述小型电排站淤泥质土层软弱地基处理方案比选，从工程造价、施工工期等方案确定较优处理方案，本文对类似的软基处理工程具有一定的借鉴意义。

关键词：电排站；软基处理；方案研究

0 引言

佛山市位于珠江三角洲平原区，广泛分布着高含水量、大孔隙、高压缩性、低强度、低渗透性、中高灵敏度的淤泥或淤泥质土层，且土层深度，埋藏深度小。随着佛山市城市化进程的加快，对城市的排涝体系的要求也日益提高，为提高城市的排涝标准，近几年，佛山市大力建设排水防涝工程，其中的小型电排站数量众多。佛山的小型电排站建设工程中，建基面属淤泥或淤泥质土层的情况十分常见，而基础处理在工程的总投资占比也不小，为了降低工程造价、加快施工，应对基础处理方案进行比选研究，以确定较优的地基基础处理方案。本文以镇安电排站为案例，论述论述小型电排站淤泥质土层软弱地基处理方案比选，从工程造价、施工工期等方案确定较优处理方案，为类似的软弱地基处理设计提供参考。

1 工程概况

镇安电排站位于祖庙街道镇安村，现状电排站位于镇东涌最北侧，属于一个临时电排站。电排站下部为砼框架结构，上部为临时板房结构。由于现状电排站建设年代久远，电排站的水泵和电机已较为陈旧，现状电排站上部为临时板房结构，板房部分结构出现破损，影响到电排站的日常管理，因此急需对现状电排站进行提升改造，提高区域排涝标准。

镇安电排站安装4台水泵，电排站总装机流量为2.86m3/s，总装机容量为194kW。镇安电排站泵站等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时性建筑物为5级。

2基础处理方案

2.1工程地质情况

根据工程地质勘察成果，在钻探揭露深度范围内，场地地基由人工填土(Qml)和第四系冲积层(Qal)组成，下伏为白垩系百足山组(K1b)风化基岩。在钻探深度范围内，自上而下共分9层[(1)~(9)]，依次是(1)筑填土、(2)淤泥质土、(3)中砂、(4)粉砂、(5)中砂、(6)强风化岩和(7)中风化岩等。工程地质纵剖面见下图：

图1  工程地质纵剖面图

其中建基面为淤泥质土层，该土层在场地内4个钻孔均有分布。厚度1.30~7.00m，平均3.23m。顶板埋深2.50~3.50m，平均2.90m；顶板高程-0.70~1.05m，平均0.30m。土层呈深灰色、灰黑色、灰色等，流塑，含砂，局部为淤泥，局部含腐殖质，具臭味和异味。该层承载力特征值的经验值建议采用：fak=60kPa。

镇安电排站淤泥质土层的下层为中砂层，厚度3.60~5.50m，平均4.40m。顶板埋深3.80~5.30m，平均4.67m；顶板高程-3.10~-0.25m，平均-1.88m。土层呈深灰色、灰色，饱和，松散~稍密，级配较好，含较多淤泥，局部钻孔为淤泥质细砂和含少量碎贝壳等有机质。该层承载力特征值的经验值建议采用fak=120kPa。

2.2基础处理方案

淤泥质土层基础处理型式一般采用木桩基础、水泥搅拌桩基础和换填基础。换填基础一般适用于软弱土层较薄的情况下，通过将软弱土层整体换填进行地基加固。镇安电排站淤泥质土层较厚，整体换填的话开挖深度大，同时开挖基坑深度也加大，工程造价会大大提高，因此换填基础不作为比选方案。

2.2.1 木桩基础方案

根据地质报告，(2)淤泥质土层平均厚度3.23m，其下层为(3)中砂层，木桩桩端可穿透淤泥质土层，可利用(3)中砂层作为基础。

木桩基础拟采用木桩尾径100mm，桩长4m和5m两种规格的木桩进行处理。取外江涵洞段5m长木桩进行单桩承载力计算，取(3)中砂层为桩端持力层，该土层承载力特征值为1200kpa，木桩在(2)淤泥质土层的极限侧阻力标准值取10kpa，在(3)中砂层的极限侧阻力标准值取24kpa，考虑桩周摩阻力及桩端承载力：

桩端承力==3.14x0.12/4x1200=9.42KN

(2)淤泥质土层的桩周摩擦力：

==3.14x0.1x4.2x10=13.19KN

(3)中砂层层的桩周摩擦力：

==3.14x0.1x0.8x24=6.03KN

单桩承载力N=9.42+13.19+6.03=28.64KN

计得单桩承载力28.64KN，参照类似工程的木桩实际承载力，镇安电排站取单根木桩垂直承载力为20KN，根据木桩承载力计算结果如下表：

Φ100木桩方案计算成果表

项目	平均地基 反力强度 (KPa)	基底 面积 (m2)	地基 反力 (KN)	单桩 长度(m)	计算 桩数 (条)	实际 布桩 (条)	实际单 桩荷载 (KN)
泵室段	74.55	49.5	3690.26	5.00	185	198	18.64
出水涵洞段	50.06	51	2553.06	5.00	128	184	13.88

木桩基础总工程量约20.13m3，总投资约20.13x1970=3.97万。

2.2.2 搅拌桩基础方案

采用Ф500水泥搅拌桩形成复合地基。根据岩土勘察报告，各段搅拌桩设计桩长7.0m。在淤泥质土按每立方米土掺水泥70kg配合比成桩的90天无侧限抗压强度是1.3Mpa。按桩身强度计得淤泥质土中搅拌桩单桩承载力70.68kN每条；根据桩周摩阻力、桩端承载力计算得出的单桩承载力大于70.68kN每条，选两式小者并取整得单核承载力Rk=70kN每条。

根据《建筑地基处理规范》(JGJ79-2012)的有关条文规定，镇安电排站按复合地基设计，桩的置换率按下式计算：

式中：fspk —复合地基承载力标准值(采用设计要求承载力)，fsk—桩间土承载力标准值，β—折减系数，取0.4，Rk—单桩承载力，Ap—桩身截面积。

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)中第9.2.2条，按复合地基计算桩的置换面积和总桩数。经计算，水泥搅拌桩总桩长约650m，工程造价约650x75=4.88万。

2.3方案对比分析

根据上述木桩基础方案和水泥搅拌桩基础方案计算结果，两种地基处理方案投资基本接近。木桩基础方案具有施工工期短，施工机械小和轻的优点，而水泥搅拌桩方案的施工工期较长，且施工机械重，机架较高。

镇安电排站基坑工作面较小横向宽度只有9m，纵向长度只有10m，因此需要选用机架较小的机械进行施工。经综合比较，镇安电排站拟采用木桩基础进行处理是最合适的。

3 地基处理效果

镇安电排站泵室基础的复合地基施工完成后进行了平板载荷试验，平板载荷试验最大荷载承载力取150kN，地基平板静载荷试验承压板为1.0x1.0m方形压板，即按设计承载力75kPa进行加载。平板载荷试验总沉降量为16.28mm，P-s曲线规则平缓，s-lgt曲线呈平行排列，泵室基础的复合地基承载力达到75kPa的设计要求。根据镇安电排站完工后的观测成果，泵站整体沉降较小，地基处理效果较好。

图2  载荷试验成果图

4 结论

通过对镇安电排站基础处理比选分析，小型电排站建筑物尺寸一般较小，基坑工作面狭窄，不适合大型机械施工。而木桩基础具有施工机械小和轻的特点，非常适合小型电排站软基处理。镇安电排站建成后实际运行效果良好，主体结构沉降小，木桩基础是小型电排站软弱地基处理值得推广的一种型式。

参考文献：

【1】周晖，珠江三角洲软土分布特征及成因的地质与水文环境分析，广东土木与建筑，2014（07）

【2】林贤忠，水泥土搅拌桩在堤岸工程软基中的应用，广东水利水电，2002（02）

【3】崔应笔，软弱地基的短木桩处理，广东水利水电，2007（02）

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作者简介：蔡畅(1987－)，男，汉族，湖南益阳，学士，助理工程师，从事水利工程设计。

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