深层水泥搅拌桩在大型泵站地基处理中的应用

1、深层水泥搅拌桩在大型泵站地基处理中的应用         06-02-19 15:07:00     作者：黄颖蕾1 张志强1     编辑：studa9ngns摘要：太浦河泵站工程主泵房建基面在粉质粘土上，土力学强度较低，不能满足泵房对地基的强度和变形要求，必须进行地基处理。经过方案比选，主泵房地基采用水泥搅拌桩处理。检测结果表明，加固后的地基达到了预期的效果。 关键词：地基处理 水泥搅拌桩 单桩承载力 单桩复合地基承载力  

2、;1 概述太浦河泵站位于江苏省吴江市太浦河上已建的太浦闸南侧，是太浦河工程的重要组成部分，其修建目的主要是解决枯水年份太湖水位较低时抽取太湖水向下游上海市供水300m3/s，以改善上海水质。主泵房内布置6台斜15°单机50m3/s的斜轴泵，底板长84.87m，宽（顺水流方向）40.45m，采用二机一缝的布置，泵房底板共分三块，单块底板长度为22.50m。进水侧底板底高程-8.05m，出水侧底板底高程-6.45m，底板厚2m。安装间布置在泵房的北端，在泵房的南端布置一座35kV变电站。主泵房建基面在粉质粘土上，土层物理力学指标较低，天然地基无法满足泵房上部结构对地基的强度和变形要求，必

3、须进行地基处理。2 工程地质条件场地区地层为巨厚（大于100m）第四纪河湖相、海相及沼泽相等沉积层，无活动断裂构造分布，区域地质构造稳定，地震基本烈度为度。场地区土层的物理力学指标见表1。泵房建基于层土上，层为灰色粉质粘土，标贯击数小于4，压缩系数0.38Mpa-1，地基承载力标准值为105Kpa，且层属高中压缩性土，天然地基不能满足泵房上部结构对地基的强度和变形要求，由于软土厚度较大，不宜用换（填）土处理。同时对层下伏软弱下卧层需进行强度及变形验算。表1    地基土物理力学性质指标层号土层名称土层厚度m湿密度(kN/m3)天然孔隙比天然含水量(%)塑性指数IP

4、液性指数IL压缩模量(MPa)地基承载力标准值(KPa)1粉质粘土0.43.120.00.7426.719.40.368.62552粉质粘土0.35.119.40.8430.514.40.689.41503砂壤土0.95.219.00.8832.39.2 14.41201轻砂壤土1.53.119.00.9033.4  18.9120粉质粘土4.47.519.00.9434.813.91.075.3105粉质粘土与粉质砂壤土互层 18.80.9635.79.2 7.1110粉质粘土4.06.520.50.6523.520.30.1013.7300

5、1重粉质粘土0.43.019.60.7727.713.50.512.62003泵房地基处理设计3.1地基处理方案 泵房地基应力计算以二机一联段作为计算单元，经过计算，控制工况为完建工况，泵房在控制工况时基底应力最大值为198.9 kPa，最小值为135.3 kPa，平均地基应力为167.1kPa，超过层土的地基承载力标准值。对层土进行宽度修正以后的地基承载力标准值为128.96 kPa，亦不能满足设计要求。层下部为层棕黄、灰绿色粉质粘土，该土层厚约5.2m，土质均一，呈硬塑状态，属中压缩性土，其地基承载力标准值为300kPa，是泵房基础较好的浅层持力层。设计考虑了三个方案进行技术和经济比较，方

6、案一：预制钢筋混凝土方桩方案；方案二：灌注桩方案；方案三：水泥搅拌桩方案。方案投资比较见表2。根据规范可知，水泥搅拌桩一般适用于软弱粘性土和粉性土地基，由于受搅拌机械搅拌能力的限制，一般不适用于地基承载力设计值大于120kPa的粘性土和粉性土，而层灰色粉质粘土经宽深修正，其承载力设计值达128.96 kPa，但经过室内水泥土试验，层土经搅拌以后能达到很好的加固效果，可满足设计的要求。经过综合比较，方案三因其投资省、抗渗效果好以及能较好地适应地基变形等优点而被选为推荐方案。表2     泵房地基处理方案比较表方    案名 称

7、单 位主要工程量投资(万元)预制钢筋混凝土方桩混凝土m31441.4268.0钢筋t282.8混凝土灌注桩混凝土m31950.8314.4钢筋t160.6深层水泥搅拌桩水泥搅拌桩m37729.4196.43.2地基处理设计#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量选用15%，设计桩长6.58.1m，进入层持力层0.51m。确定根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-91），单桩竖向承载力标准值按下列二式计算，并取其中的较小值。               

8、60;                       式中，为强度折减系数；为室内加固土试块的无侧限抗压强度平均值；Ap为桩的截面积；为桩周土的平均摩擦力；qp为桩端天然地基土的承载力标准值；为桩端天然地基土的承载力折减系数；Up 为桩周长；l为桩长。根据本工程的“水泥土检测试验报告”，水泥掺量为15%，龄期为90天的水泥土无侧限抗压强度=2.31MPa，桩长考虑伸入持力层0.8m1m，经

9、计算，单桩竖向承载力标准值由摩擦桩控制=322.8kN。确定及桩位布置根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-91），复合地基的承载力标准值由下式计算：式中，fs,k为桩间天然地基土承载力标准值；为桩间土承载力折减系数（本工程取0.1）；m为面积置换率。经计算，面积置换率m=41.2%时复合地基的承载力标准值=196kPa。根据泵房地基应力分析，平均地基应力 kPa <，最大地基应力<1.2=235.2kPa，满足规范要求。布置水泥搅拌桩时考虑了群桩横截面的重心和荷载合力作用点一致的原则，在泵房的上游侧，桩中心间距为1.2m×1.4m，在下游侧桩中心间距为1.2m×

10、;1.525m。考虑泵房地基的抗渗要求，上、下游侧第一排水泥搅拌桩布置成连续壁状，搭接0.2m，在主泵房地基外围布置了应力扩散桩。桩位布置剖面图见图1。在施工图阶段，对泵房集水井布置进行了优化。集水井由原来的大开挖方案优化为水泥搅拌桩垂直支护方案，集水井采用垂直开挖，一方面节约了土建工程量，另一方面，临近集水井的工作面由斜坡面改为水平面，方便了工程施工。因水泥搅拌桩置换率较大且为摩擦桩型，因此按群桩作用的原理，对下卧层地基进行验算。验算时将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础，考虑假想实体基础侧面与土的摩擦力，验算假想基础底面的承载力。加固地基的承载力标准值Rsp采用控制工况的平均地基应力167.1kPa，实体基础的水下容重取8.8kN/m3，经计算假想基础底面的应力Pa =217.35kPa。 其下层土的地基承载力标准值Rk=300kPa，经修正后的实体基础底面的地基承载力标准值R=348.4kPa，PaR，可见在上部荷载作用下下卧土层承载力能满足要求。图1  水泥搅拌桩布置剖面图泵房地基最终沉降量由复合土层的压缩变形值S1和桩端以下未处理土层的压缩变形值S2组成。S1按下式计算。式中，p为桩群体顶面的平均附加应力；po为桩群体底面土的附加压力；Eo为桩群体的变形模量；为加固地基的深度。桩端以下未经处理土层的