钻孔灌注桩及水泥土深层搅拌...在泵站地基处理工程中的应用_樊琨.pdf
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1、科 技 创 新科 技 创 新收稿日期:2022-12-22作者简介:樊琨,男,汉族,河北省水利规划设计研究院有限公司,工程师。钻孔灌注桩及水泥土深层搅拌桩在泵站地基处理工程中的应用钻孔灌注桩及水泥土深层搅拌桩在泵站地基处理工程中的应用摘要以位于滨海平原地貌地区的泵站为例,通过分析地质勘查资料及建筑物稳定、沉降计算结果,对各建筑物基础分别采取不同的处理方案,保证建筑物安全稳定。钻孔灌注桩及水泥土深层搅拌桩 2种地基处理方案,承载能力强、适应范围广、施工成本低,为同类工程设计提供参考借鉴依据。关键词泵站;地基处理;水泥土深层搅拌桩;钻孔灌注桩樊琨一些泵站施工区域范围大,地质条件情况复杂,部分结构地
2、基条件较差无法满足设计需要,如处理不当则建筑物可能发生不均匀沉降等问题。现结合工程实例,针对不同软弱地质条件,对钻孔灌注桩和水泥土深层搅拌桩在泵站设计中的运用进行分析。阐述了 2种桩基方案的特点并提出最优地基处理方案,保证工程安全稳定运行,为同类工程设计提供参考借鉴依据。1.工程概况某泵站位于天津市塘沽孟港排河下游与永定新河交汇处,是一座集排沥、蓄水、引水于一体的多功能泵站,泵站设计排沥流量为 23m3/s,工程规模为中型排水泵站。1.1工程地质泵站所在地属于典型的滨海平原地貌,地面高程为 3.7m4.3m(大沽高程)。在勘探深度范围内揭露地层岩性主要为第四系全新统黏土、粉质黏土、粉土,地基承
3、载力为 75kPa150kPa。场地土类型为中软场地土,建筑场地类别为类。勘察区地下水场地环境类型为类,勘察区地下水和河水对混凝土均具分解结晶复合类硫酸镁型弱腐蚀性;具结晶类硫酸盐型腐蚀性,其中对普通水泥具有强腐蚀性,对抗硫酸盐水泥无腐蚀性。参照 中国地震动参数区 划 图(GB18306 2001)的 震 区 分布,工 程 站 址 地 震 动 峰 值 加 速 度 为0.20g,相当于地震基本烈度度。1.2工程布置泵站工程布置为正向进水方式,主要建筑物包括泵房、站前节制闸、出水池、黄港二库引水闸、孟港排河引水闸、自(机)排控制闸、泵站管理用房等。站前节制闸出口与前池相接,泵房垂直水流方向呈“一”
4、字型布置,泵房内布置 5台立式轴流泵机组,采用单机单室布置,在泵房底部设有三孔自流洞,经出水池及其底部自流洞与自(机)排控制闸相接,在出水池两侧布置有黄港二库引水闸及孟港排河引水闸,孟港排河引水闸出口设在站前节制闸上游,自(机)排控制闸分上下两层,上层为机排控制闸,下层为自排控制闸,通过该闸实现自排或机排,自引或机引,主体建筑物段总长 135.9m。泵站布置平面示意图详见图 1。2.施工方法2.1主要建筑物稳定及天然地基沉降分析通过对泵房及泵站进出水建筑物稳定及天然地基沉降计算进行分析研究,天然地基条件下,泵房的沉降量较大,不能满足设计要求,站前节制闸、黄港二库引水闸、孟港排河引水闸基础座落在
5、第二层黏土层上,自(机)排控制闸基础座落于第三层粉土层上,第二层为黏土承载力较低,第三层为粉土,虽承载力较高,但持力层较薄,为保证工程稳定安全,均需要采取地基处理措施。挡土墙基底平均应力大于天然地基承载力,需进行地基处理。出水池、自(机)排控制闸、4#6#挡墙沉降量超出允许值范围,应采取地基处理措施,以满足设计要求。2.2地基处理根据泵站各建筑物的重要性、地基承载力、沉降分析结果等,地基处理可分别选用水泥土深层搅拌桩或钻孔灌注桩地基处理方案进行处理。2 种地基处理方案特点及适用性如下。2.2.1水泥土深层搅拌桩水泥土深层搅拌桩是使用特制的搅拌机械在薄弱地层深处将特定固化剂与原始土层进行混合搅拌
6、,待硬化后形成具有整体性、水稳性和一定强度的优质复合地基,主要的固化剂为水泥或石灰等材料。该施工流程简便,造价较低,可提高地基承载力、减少沉降量,常适用于处理淤泥质土、饱和黄土、含水量较高且地基承载力不大于 12kPa 的黏性土和粉土等。图 1某泵站布置平面示意图44科 技 创 新科 技 创 新2.2.2钻孔灌注桩钻孔灌注桩是一种常用的基础结构形式,使用该桩基础可以大幅度提高地基承载力、建筑物抗滑稳定性。灌注桩适用范围广泛,可在陆地和水域中使用,并且受季节气候影响较小。较传统预制桩相比可节约钢材,且施工质量可控性好,是一种安全性较高的基础处理方案。由于施工成本较高,常适用于重要建筑物或承载力严
7、重不足、沉降量较大的天然地基。综合分析研究上述 2 种地基处理方案,结合泵站地基地层承载力实际情况,地基处理方案见表 1。2.2.3水泥土深层搅拌桩方案设计泵站站前节制闸及 1#、3#挡土墙等建筑物地基拟采用水泥土深层搅拌桩进行处理。初步确定深层搅拌桩直径为 0.5m和 0.6m两种,搅拌桩间、排距布置及桩长根据站前节制闸或涵闸闸室段需满足承载力要求,其特征值估算公式为:(1)式中:fspk复合地基承载力特征值(kPa);fsk桩间土承载力特征值(kPa),可取天然地基承载力特征值;m桩土面积置换率;Ap桩的截面积(m2);桩间土承载力折减系数;Ra单桩竖向承载力特征值(KN)。施工现场需进行
8、单桩静荷载试验推算 Ra值,通过如下 2 式计算,应保证由桩身材料强度确定的单桩承载力不小于由桩周土、桩端土抗力提供的单桩承载力,计算公式为:(2)式中:Ra单桩竖向承载力特征值(KN);Ap桩的截面积(m2);qsi桩周第 i层土的侧阻力特征值(kPa);up桩周长(m);li桩长范围内第i层土的厚度(m);n桩长范围内所划分的土层数;qp桩端地基未经修正的承载力特征值(kPa);桩端天然地基土的承载力折减系数,可取 0.40.6;桩身强度折减系数,干法可取0.20.3;湿法可取 0.250.33;fcu与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下 90d 龄期的立方体抗压强度
9、平均值(kPa)。各建筑物复合地基承载力标准值计算结果见表 2。地基处理前,站前节制闸闸室最大应力为 80.7kPa,1#、3#挡土墙最大应力101kPa,水泥土深层搅拌桩复合地基处理后,承载力有效提高,满足建筑物设计标准。2.2.4钻孔灌注桩方案设计泵房,出水池,自(机)排控制闸,4#、5#、6#挡土墙拟采用钻孔灌注桩进行基础处理,桩径为 0.7m,桩间、排距布置及桩长设计时,应同时满足竖向承载力及沉降变形要求。地基沉降计算选取完建期作为计算工况,沉降计算依据泵站设计规范(GBT502652001)中推荐的公式进行计算。承载力计算依据 建筑地基基础设计规范(GB500072002),需进行静
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