季莊泵站廠房區濕陷性黃土基礎處理效果試驗分析

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急引水工程的分水樞紐，位于定襄縣季莊西北，廠房區主要有主廠房、副廠房和進水池組成。

該泵站主廠房長30 m、寬12 m，采用磚混，外包排架柱，單層布置。下部為現澆鋼筋混凝土泵坑，長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，長30 m、寬9 m，采用單層磚混結構，由中控室、空壓機室、低壓開關室、高壓開關室、電容器室、值班室等組成。

進水池與消防池位于主廠房進水管側，采用鋼筋混凝土結構，長30.0 m，寬4.5 m，池中設計水深2.8 m，池頂混凝土蓋板厚0.15 m。

2 復合地基處理

季莊泵站站址地面呈臺階狀，基礎發育地層屬于第四系上更新統坡洪積物、淡黃色的低液限粉土，結構比較松散、硬朗，稍干。土顆粒較細且均勻、具大孔隙，夾雜低液限黏土、含細粒土透鏡體以及表層發育根系等，厚度大于15.0 m?；A下部屬于低液限黏土，夾雜低液限粉土透鏡體。該廠區濕陷性黃土基礎含水率 6.0%～14.5%，干密度 1.24～1.48 g/cm3，孔隙比 0.80～1.065，壓縮系數 0.11～0.93 MPa-1，屬于中高壓縮自重濕陷性土質，濕陷等級為Ⅲ級，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。本工程依據設計采用3∶7灰土擠密樁對濕陷性黃土基礎進行了復合處理，以提高泵站廠房區地基承載力。泵站廠房區基坑開挖邊坡為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，處理范圍至進水池、主廠房基礎的底部外緣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。樁頂以上再填筑厚度為0.5 m的3∶7灰土墊層至建基面。復合地基承載力設計值要求不小于120 kPa?；彝翑D密樁的樁間相對位置見圖1。

圖1 3∶7灰土擠密樁樁間相對位置圖

3 復合地基承載力試驗

3.1 試驗布置

承載力檢測試驗的目的是校驗季莊泵站廠房區3∶7灰土擠密樁復合地基承載力能否滿足設計要求。該試驗加荷原理是利用千斤頂把上部壓重轉化為反作用力傳遞到承壓板，再通過承壓板將荷載傳遞到復合基礎試驗部位，荷載調節及反力系統包括千斤頂、荷載平臺、承壓板和配重。荷載調節裝置選用500 kN液壓式千斤頂；承壓板選用邊長為1.0 m、厚0.3 m的C30混凝土方形預制塊；載平臺選用組合鋼梁，其中主梁為3根長5 m的25#工字鋼平行布置，側邊梁為2根長3 m的25#工字鋼；配重選用10根長3 m、寬0.5 m、厚0.4 m的預制混凝土塊。

試驗過程中用基準梁和百分表進行系統沉降觀測。在承壓板上兩個正交直徑方向對稱安置4個百分表。安置的時候經萬能表架固定在2根長6m的工字鋼基準梁上。百分表的量程為50 mm、精度為0.01 mm。每次調節荷載前、后均讀取并記錄承壓板沉的降量，30 min讀記一次。觀測1 h內的沉降量小于0.1 mm的時候增加至下一級荷載，每級荷載時間間隔不小于2 h。復合地基承載力試驗裝置示意圖詳見圖2。

本試驗在主廠房、副廠房和進水池各選取一個擠密樁體J1#、J2#、J3#點進行單樁復合地基荷載試驗。選定好J1#、J2#、J3#點荷載試驗位置后布設載重支撐、荷載平臺和配重。在荷載試驗位置鋪設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地面的設計高程一致。承壓板與荷載平臺之間安置液壓千斤頂。試驗過程中用液壓千斤頂垂直施加荷載，壓力表同步量測并記錄，壓力表量程為60MPa、精度為0.4級。本次試驗最大荷載增加至340 kPa，每級增加荷載值為最大荷載值的1/10，具體分級值見表1。

表1 灰土擠密樁復合地基增加荷載分級統計

圖2 復合地基承載力試驗裝置示意圖

3.2 試驗成果

該試驗在廠房區J1#、J2#、J3#點的最大荷載均為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。通過繪制觀察J1#、J2#、J3#的荷載P與沉降s關系的曲線（詳見圖3），均呈圓滑形，特征點并不明顯，且無明顯的沉降段。該試驗壓力-沉降曲線（P-s曲線）無比例界限，根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012），取s/b=0.008（其中s為靜荷載試驗承壓板沉降量，b為承壓板寬度）確定復合地基承載力特征值，J1#、J2#、J3#點沉降量為8 mm時對應的荷載值約為 220 kPa、180 kPa、270 kPa，但同時應滿足地基承載力的特征值不應大于最大承載力的一半，本試驗最大加載值均為340 kPa，三處試驗點復合地基承載力特征值確定為170 kPa，大于設計要求承載力120 kPa。

圖 2 J1#、J2#、J3#P-s曲線

4 土工試驗檢測

本次土工試驗檢測內容包括三七灰土擠密樁樁體壓實度和樁間擠密密實度。

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

4.1 灰土擠密樁樁體夯實效果

三七灰土樁體試樣通過土工輕型標準擊實試驗，確定最大干密度ρdmax為1.48 g/cm3、最優含水率ωop為13.8%。樁體試樣干密度ρd及相應壓實系數λc統計詳見表2。

表2 廠房三七灰土樁體夯實主要技術參數

觀察數據可知，該試驗三七灰土樁體試樣干密度ρd最小值位于試樣T1點深1.15m處和T4點深3.15m處，最小干密度為1.34 g/cm3。最大值位于T2點深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；相應壓實系數λc最小值為0.91，最大值為1.10，壓實系數平均值為0.96。

4.2 灰土擠密樁樁間土擠密效果

通過土工輕型標準擊實試驗，確定灰土擠密樁樁間素土試樣最大干密度ρdmax為1.72 g/cm3，最優含水量ωop為12.9%。樁間土試樣干密度ρd及相應擠密系數ηc統計詳見表3。

觀察數據可知，灰土擠密樁樁間土樣干密度ρd最小值位于試樣T4點深1.15m處，最小干密度為1.50g/cm3。最大值位于T4點深7.15m處，最大干密度為1.73g/cm3，干密度平均值為1.57 g/cm3。相應擠密系數ηc最小值為0.87，最大值為1.01，擠密系數平均值為0.91。

表3 廠房樁間土擠密主要技術參數

濕陷性黃土基礎干密度為1.24～1.48 g/cm3。根據土工試驗結果，在季莊泵站廠房區按設計要求經三七灰土擠密樁復合地基處理的深度范圍內，地基土的主要物理力學性質指標較處理前有較大提高，滿足設計承載力要求。

5 結語

濕陷性黃土軟基基礎承載力較差，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季莊泵站濕陷性黃土軟基進行復合處理，并通過荷載及土工試驗，確認了該復合地基承載力滿足設計不小于120 kPa的要求，且物理力學性質指標較處理前有較大提高，也為以后類似濕陷性黃土軟基基礎的處理提供了參考依據。