泵站工程地基处理方式的选择与设计探讨

泵站工程地基处理方式的选择与设计探讨

刘磊 李继超 胡红锋

中工武大设计集团有限公司 湖北武汉 430200

摘要：随着社会经济发展速度不断加快，泵站工程数量逐渐增多，工程建设期间常常遇到复杂地形条件施工问题。为确保泵站工程各部位荷载及受力情况符合预期目标，需要针对施工现场地质条件特征，选择适宜的地基处理方式。本文就针对此，以某泵站工程为例，提出该泵站工程积极处理要点，阐述现有地基处理设计方式，重点解决软土地基处理工作，以期为相关工作人员提供理论性帮助。

关键词：泵站工程；地基处理方式；选择与设计

前言

本文结合某市泵站工程资料，发现泵站各工程基建面的差异较大，地质条件较为复杂，需要结合不同地质条件特征选择相适宜的地基处理方式，以切实保障泵站工程基础的承载力及稳定性，延长泵站工程全生命周期。在泵站工程建设前期，设计单位与地质勘察单位应当密切配合，对泵站地基处理设计方案进行进一步优化，确保基础处理效果符合预期目标。

1. 泵站工程案例

本文以某泵站工程为例，该泵站工程内部涉及堤身填土、砂壤土、轻粉质壤土、淤泥质重粉质壤土、中粉质壤土、极细沙等多种类型。不同地质土层结构的承载力、压缩模量、渗透系数、摩擦系数与允许坡度不同，在实际开展地基处理工作期间所使用的方式也存在较大差异。

同时，该泵站工程的泵房建基面高程为4.9米，底板结构处于淤泥质重粉质壤土底部，该结构的强度较低，承载力为70kPa^[1]。下三层土层的强度略高，承载力可基本维持在130 kPa。顶板距离泵房建基面1米。

2. 泵站工程地基处理方式选择要点

2.1泵站工程地基处理要求

在泵站工程中，泵房、水涵、翼墙、进水阀等结构所需的地基承载力大于天然地基承载力，为保障泵站工程安全高效运行。因此在泵站工程建设过程中，相关部门需要着重关注泵房工程地基处理设计工作，结合不同泵站结构所在区域地质特征，选择适宜的泵站工程地基处理方式。

经过现场调查研究发现，该泵站工程的基础建筑面积较大，上部荷载力大，泵站建成完毕后的垂直总荷载量为209503 kN。泵站底板的地基最大应力为184.9kPa。在泵站工程中，泵房内部安装了数量较多、结构精密的机电设备，主要肩负起控制闸门与计算机控制功能^[2]。因此为确保泵站工程能够安全高效运行，需要着重关注设备安装场地地基处理工作，严格控制泵房区域地基结构的沉降变形程度，确保选择的有效地基处理方式能够更好满足泵房承载要求。

2.2泵站工程地基处理方式

现阶段应用在泵站工程地基处理中的方式主要分为以下几种：

1. 换土处理方式。在换土处理过程中，需要将基础底层结构中的软弱土挖出，重新填埋重粉质壤土，并对该土层进行分层夯实处理。结合软弱土层地质要求，泵站工程地基换填土的深度需要控制在三米以内。由于换填深度超过三米，因此需要排除换填处理方式。

2. 水泥喷粉搅拌桩处理方式。在水泥喷粉搅拌桩施工期间，需要将水泥作为固化剂，借助强制搅拌的方法使软土结构能够得到固结硬化，增强地基结构整体承载力。此种地基处理方式能够被更好应用在软层地基中，具有施工流程简单、建设成本较低等优势^[3]。但在实际应用过程中，该种处理技术也会受到施工工艺等因素影响，搅拌桩体结构应当控制在10米范围之内，一定程度限制了复合地基结构的实际承载力，使地基结构存在较大沉降隐患。

3. 钻孔灌注桩处理方式。钻孔灌注桩能够与底板结构形成刚性桩基础，地基结构的实际承载力大幅度增长，沉降量小、质量高。但与其他处理手段相比，钻孔灌注桩处理方式对施工现场地质要求更为严苛，且实际造价成本高，不利于泵站工程综合利益最大化目标的实现。

通过分析比较上述地基处理方式实际应用期间的技术可行性与经济实用性，为确保泵站工程安全可靠运行，增强工程建设全过程的经济可控性，最后选择钢筋混凝土钻孔灌注桩加固与水泥粉体喷射搅拌桩加固相结合的手段。具体而言，因本文案例内泵站工程上部建筑结构较多，对地基结构的承载力要求更高，因此泵房部位可使用加固效果更好的钢筋混凝土钻孔灌注桩加固手段。泵站中进水阀、两侧挡土墙、翼墙等结构对地基承载力要求不高，因此可以使用水泥粉体喷射搅拌桩加固手段。

3. 泵站工程地基处理设计

3.1钢筋混凝土搅拌桩设计

结合类似泵站工程地基处理案例，为使钢筋混凝土搅拌桩设计期间的桩体与桩间结构变形力保持协调统一，防止在钢筋混凝桩浇筑期间与地基结构形成脱空情况，需要钢筋混凝土搅拌桩能够承担起泵站总垂直负荷量的80%，桩间土承担起泵站总垂直负荷量的20%，泵站结构水平荷载力需要由桩体结构全部承担。

设定案例中泵站工程钢筋混凝土灌注桩的桩长为16米、桩径为1米。要求站身底板需要作为桩基承台，实际厚度为1.2米，垂直水流到桩中心的间距为3.5米，泵房总桩数位144根^[4]。经过计算可得，桩基垂直竖向承载力的设计值为1998kN，大于泵房结构的单桩承载力，能够满足现行国家及有关部门颁布的泵站设计规范。

3.2水泥粉体喷射搅拌桩设计

通过对比分析案例中泵站工程各项地基处理方式的实际应用效果与综合效益，在泵站结构进水阀门、侧挡墙、进出箱涵以及翼墙等部位需要使用水泥粉体喷射搅拌桩施工技术，要求各粉喷桩的水泥渗入比为15%，桩径为0.5%，桩身结构的平均长度为6米。

结合现行规范计算，水泥粉体喷射搅拌桩的单桩竖向承载力应当为86.53kN，地基结构在经过粉喷桩加固处理后，翼缘结构处的复合地基承载力为171.53 kPa。

3.3基础沉降设计

在基础沉降设计过程中，需要着重关注桩身结构的压缩变形量以及桩端下部没有加固土层结构的压缩变形量。在桩身结构实际建设与设计过程中收集群桩体顶面平均压力值、群桩体底面的附加压力值、实际桩长直、桩身结构的变形模量值^[5]。在对桩身结构进行沉降加固后，需要判断泵房结构的最大沉降量、最小沉降量以及沉降差值是否满足实际设计要求，在不满足设计目标的情况下，需要合理调整地基处理方式，并对地基处理期间的各项细节进行进一步优化。

3.4地基不均匀沉降问题处理

由于泵站工程实际设计期间面临的地基结构极为复杂，虽然在实际地基处理过程中已经结合地质情况及水文特征选择了适宜的地基处理方式，但地基结构局部依然存在不均匀沉降现象，对工程实际施工进度及质量管控工作带来了较大难度。因此在地基设计过程中，还需要重点解决地基结构不均匀沉降问题。

着重设定工程实施总工期的间隔期，在地基处理期间使用先进测量仪器及时观测地基结构的各项性能数值，确保地基处理工作能够得到全程管控。加强业主方、施工方、设计方及监理方的沟通紧密度，使存在于泵站工程基础处理中的各项问题均能够得到全面分析与及时解决。

4. 总结

总而言之，通过在泵站工程建设过程中使用适宜的地基处理方式，可以切实控制泵站各部位的变形及位移程度，有效延长泵站工程全生命周期，确保该工程能够在增强地区水利服务水平中发挥出重要作用。为更好满足泵站工程建设综合效益最大化目标，还需要在选择地基处理技术过程中，强调地基基础应满足不同泵站结构位置的地基应力及变形要求，严格控制地基处理成本，加强泵站基础设计全过程管理力度，推动泵站工程建设工作有序开展。

参考文献：

[1]秦茂洁. 珠三角沿海地区水工建筑物软土地基处理设计及应用[J]. 云南水力发电，2020,36(01):102-106.

[2]刘轲兰. 长短桩在大型泵站工程地基处理中的应用研究[J]. 居舍，2020(23):59-60.

[3]史学哲. 多型复合桩地基在泵站工程特殊软土地基处理中的运用[J]. 治淮，2020(09):32-34.

[4]付爱华. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基在磐岭泵站工程中的应用[J]. 水利建设与管理，2019,39(04):52-55+79.