小河口泵站擋土墻地基處理設計

楊艷軍，馮 春

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

小河口泵站擋土墻地基處理設計

楊艷軍，馮 春

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

小河口泵站前池下游端擋土墻基底應力不滿足地基允許承載力的要求，需進行地基處理，采用水泥土攪拌樁進行地基處理的方法，取得了較好的效果。

擋土墻；地基處理；水泥土攪拌樁

1 工程概況

小河口泵站位于河北省玉田縣楊家板橋鎮小河口村西北，薊運河左岸，屬于海河流域。小河口泵站為灌排兩用的中型泵站，工程等別為Ⅲ等，建于1965年，防洪標準為20a一遇，設計排澇標準為5a一遇，設計流量18m3/s，總裝機容量為1960kW。安裝7臺機組，5臺48ZL－87型和2臺28ZBL－70型立式軸流泵，配套電機單機功率分別為330，155kW，泵站承擔著64km2農田的排水和72km2農田灌溉任務。小河口泵站樞紐工程由進水閘、前池、泵房、出水池、出水涵閘、引水涵閘和灌溉涵閘7部分組成。本次更新改造工程設計主要設計內容包括：拆除重建進水閘和前池，維修加固泵房、出水池、出水涵閘、引水涵閘和灌溉涵閘。

2 前池下游端擋土墻設計

前池下游端擋土墻由漸變段和直立擋墻段組成。漸變段長12．0m，底板頂高程－1．2～－3．2m，兩側擋土墻采用鋼筋混凝土直線扭曲面，邊坡系數2．0～0，末端墻高8．3m。直立擋墻段長4．0m，底板頂高程－3．2m，兩側擋土墻為半重力式鋼筋混凝土擋墻，墻高8．3m，底寬7．4m。前池下游端擋土墻穩定計算成果見表1。

表1 前池擋土墻穩定計算成果表

根據地質資料，前池擋土墻地基允許承載力為95kPa。由表1可看出，擋土墻抗滑穩定安全系數、基底應力不均勻系數均滿足規范要求，但平均基底應力大于地基允許承載力，最大基底應力大于地基允許承載力的1．2倍，不滿足規范要求，需要進行地基處理。

3 前池下游端擋土墻地基處理設計

3．1 水泥土攪拌樁設計

前池下游端擋土墻地基為粘土粉砂互層、壤土粉砂互層。由于工程地質報告提供的天然地基土承載力較低，經穩定計算地基承載力均不滿足要求，故需要進行地基處理。處理措施常采用換土法、強夯法、振沖碎石樁和水泥攪拌樁法等。由于工程區域地下水位較高，采用強夯法排水較困難，工期長；振沖碎石樁的防滲性能差，對地基的穩定不利；換土法也不適用，在最大換土深度以下擋土墻基礎仍存在較厚的軟土層；水泥攪拌樁工藝較簡單，適用范圍廣，經綜合考慮推薦采用水泥土攪拌樁地基處理方案。

根據工程實際情況，擋土墻底部水泥土攪拌樁采用矩型布置，樁徑70cm，樁長10m，樁間距1．2m×1．2m。 樁頂設置褥墊層，褥墊層采用0．3m厚、粒徑不大于20mm的碎石。

3．2 水泥土攪拌樁計算

3．2．1 單樁豎向承載力計算

單樁豎向承載力特征值（Ra）應通過現場載荷試驗確定。初步設計時按式（1）估算，是由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力。并應同時滿足由樁周土和樁端土的抗力所提

式中 fcu為與攪拌樁水泥土配比相同的室內加固土試塊（邊長為70．7mm的立方體）在標準養護條件下90d齡期抗壓強度（kPa）；η為樁身強度折減系數，取0．3；up為樁的周長（m）；n為樁長范圍內所劃的土層數；qsi為樁周第i層土的側阻力特征值（kPa）；li為樁長范圍內第i層土的厚度（m）；qp為樁尖地基土未修正的承載力特征值（kPa），取150kPa；α為樁尖天然地基土的承載力折減系數，取0．4；

根據以上公式，由式（1）計算單樁豎向承載力特征值為243kN；由式（2）計算單樁豎向承載力特征值為288．7kN；單樁豎向承載力特征值取243kN。

為充分發揮樁間土的承載力和復合地基的潛力，應使土對樁的支承力與樁身強度所確定的單樁承載力接近，通常后者略大于前者較為安全和經濟。上述計算結果，由樁身材料強度確定的單樁承載力288．7kN略大于由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力243kN，滿足要求。

3．2．2 復合地基承載力特征值計算

處理后的復合地基承載力特征值按下列公式計算：供的單樁承載力小于（或等于）由樁身材料強度確定的單樁承載力，即式（2）的要求：

式中 fspk為復合地基的承載力標準值；m為面積置換率，計算得m＝0．266；Ap為樁的截面積；fsk為樁間天然地基土承載力標準值，取100kPa；β為樁間土承載力折減系數，當樁端土木經修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時可取0．1～0．4，取0．1；Ra為單樁豎向承載力標準值，Ra＝243kPa。

根據以上公式計算出復合地基承載力特征值fspk＝175．6 kPa，滿足擋土墻地基承載力要求。

3．3 復合地基沉降變形計算

豎向承載攪拌樁復合地基的變形包括攪拌樁復合土層的平均壓縮變形S1與樁端下未加固土層的壓縮變形S2。

3．3．1 攪拌樁復合土層的壓縮變形S1按下式計算：

式中 pz為攪拌樁復合土層頂面的附加壓力值（kPa），pz＝153 kPa；pzl為攪拌樁復合土層底面的附加壓力值（kPa），pzl＝153 kPa；Esp為 攪 拌 樁 復 合 土 層 的 壓 縮 模 量 （kPa）； 計 算 得Esp＝71683kPa；Ep為 攪 拌 樁 的 壓 縮 模 量 （kPa）， 取pzl＝250000kPa；Es為樁間土的壓縮模量（kPa），取樁長范圍內土的加權平均壓縮模量，計算得Es＝6900kPa。

由式（3）和式（4）計算得攪拌樁復合土層的壓縮變形S1＝21．4mm。

3．3．2 樁端下未加固土層的壓縮變形S2計算：壓縮變形S2采用分層總和法進行計算，計算公式：

式中 s為地基總沉降量（mm）；φs為沉降計算經驗系數，取1．1；s′為按分層總和法計算的地基沉降量（mm）；n為地基壓縮范圍內所劃分的土層數；P0為對應于荷載長期效應組合時的基礎底面處附加應力（kPa），取153 kPa；Esi為基礎底面下第i層土的壓縮模量（MPa）；zi、zi-1為基礎底面第i層土、第i－1層土底面的距離（m）；為基礎底面計算點至第i層土、第i－1層土底面范圍內平均附加應力系數。經計算樁端下未加固土層的壓縮變形S2＝13．6mm。

復合地基沉降變形計算總沉降量S＝S1＋S2＝35mm，滿足規范要求。

4 結語

由于小河口泵站前池下游端擋土墻墻體較高，而地基允許承載力比較低，擋土墻平均基底應力大于地基允許承載力，最大基底應力大于地基允許承載力的1．2倍，故結合現場地質條件，對泵站前池擋土墻地基采用水泥土攪拌樁的方法進行了處理，取得了較好效果。

［1］曾國熙，盧肇鈞，蔣國澄，等．地基處理手冊［K］．北京：中國建筑工業出版社，1988．

［2］華南理工大學等編，地基及基礎［M］．北京：中國建筑工業出版社，1991．

［3］JGJ79—2002，建筑地基處理技術規范［S］．

［4］GB50007—2002，建筑地基基礎設計規范［S］．

［5］河北省水利水電勘測設計研究院．玉田薊運河泵站更新改造工程初步設計報告［R］，2009．

［6］SL379—2007，水工擋土墻設計規范［S］．

The Xiaohekou pump station treatment design of retaining walls

YANG Yan－jun，FENG Chun
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower，Tianjin300250，China）

The Xiaohekou downstream end of pumping station pool of retaining basal stress does not meet the requirements of the bearing capacity of foundation， to allow for ground treatment， the cement－soil pile geographic processing methods，and good results have been achieved．

retaining wall； foundation treatment； cement mixing pile

TV53＋6

A

1672-9900（2010）05-0028-02

2010－08－20

楊艷軍（1978－），男（漢族），河南滑縣人，工程師，主要從事水利水電工程設計工作，（Tel）022－26154644。