排涝泵站的软基处理方案研究.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER152第 40卷第 4期0 引言排涝泵站在城市排水体系中起着至关重要的作用，而其基础设施的稳定性和安全性对于保障排水系统的正常运行至关重要。然而，在长期的使用和自然环境的影响下，排涝泵站的软基问题逐渐暴露出来，对其建设和使用带来了一定的风险和挑战。因此，针对排涝泵站的软基问题进行深入研究，制定合理的处理方案，具有重要的实际意义和工程价值1。1 排涝站概况广州市民政局精神病院院区东南侧建有 1 座水闸和电排站，建于上世纪九十年代。两个单体工程紧紧相依，为闸泵工程。其中水闸为单孔闸门，宽约 1.2 m，启动方式为手摇式螺杆启闭；电排站共有 4 台抽水泵，其中 1 台为备用泵。闸站对内连通排洪渠，对外连通珠江西航道。每年汛期，珠江水位上涨，加上潮水顶托，水闸就要关闭防洪（潮），如果适逢大雨，排洪渠水位暴涨，只能依靠电排站开机抽排来减轻院区洪涝灾害，若抢排不及时，院区低洼地区极易积水成灾。水闸泵站从建成使用至今已经几十年，厂房布置简单，机组设备已老旧，泵机运行效率较低。院区基本形成了雨水排水体系和排涝体系。由于建设年代已久，现状的排水防涝工程设施存在着不同程度的问题。主要问题表现在院区湖、涌调蓄作用小，已建排水防涝设施老旧，年久失修，设施维护管排涝泵站的软基处理方案研究范玮（河南省水利勘测设计研究有限公司汕头分公司，广东 汕头 515000）摘要：针对广州市民政局精神病院院区东南侧排涝泵站的软基问题展开研究，通过分析院区的地质情况和现有设施的状况，提出了针对性的软基处理方案。通过地质调查、土壤分析以及工程比较，选择了最适合的方案，并对其进行了详细的计算和分析。通过泵房基础处理方案、地基承载力计算、沉降计算等内容的研究，为排涝泵站的建设和维护提供了可靠的技术支持。关键词：排涝泵站；软基处理；方案研究中图分类号：TU992.25；TU471+.8文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)04-0152-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.037Research on Soft Foundation Treatment Scheme for Drainage Pumping StationFAN Wei(Henan Water&Power Engineering Consulting CO.,Ltd,Shantou Branch,Shantou 515000,China)Abstract:This paper conducts research on the soft foundation problem of the drainage pump station on the southeast side of the psychiatric hospital area of Guangzhou Civil Affairs Bureau.A targeted soft foundation treatment plan has been proposed by analyzing the geological conditions and existing facilities of the campus.Through ecological investigation,soil analysis,and engineering comparison,the most suitable plan was selected,and detailed calculations and analysis were conducted.The research on pump room foundation treatment scheme,foundation bearing capacity calculation,settlement calculation and other contents provides reliable technical support for the construction and maintenance of drainage pumping stations.Keywords:drainage pump station;soft foundation treatment;scheme research收稿日期：2023-08-25作者简介：范玮（1996-），男，广东汕头人，助理工程师，主要从事水工建筑物及结构设计等工作。*范玮 排涝泵站的软基处理方案研究153理不到位等。故于院区东南方向，原电排站位置进行重建排涝泵站和水闸。2 泵房基础处理方案2.1 泵房地质基础情况场地位于广州市珠江南岸，地貌形态属珠江三角洲海冲积平原，当前建设项目旨在用作绿化用地。根据区域地质资料，场地范围的基岩是石炭系石灰岩（C1dc）。根据此次钻孔测量数据，钻孔孔口的标高在 6.38 8.12 m 之间，相对高差为1.74 m。该场地位于东秀路西侧、五一大道东北侧，交通较为便利2。根据钻孔揭示，场地的岩土层按成因类型从上至下可以划分为以下几个部分。人工堆积层（Q4ml）：该层为褐黄色至棕黄色，主要由黏性土、砂粒、砖块等组成，已完成自重固结。该层厚约 1 5.1 m，平均厚度为 3.63 m。标准贯入试验显示其承载力特征值经验值为 120 kPa。第四系冲积层（Q4al）：该层包括淤泥质黏土、粉质黏土和中砂。这些层的特点、厚度以及承载力特征值经验值分别为：淤泥质黏土：灰黑色，流塑，含有腐殖质，厚度平均为 3.63 m，承载力特征值经验值为 45 kPa；粉质黏土：灰白色，可塑，干强度中等，厚度平均为 1.93 m，承载力特征值经验值为 150 kPa；中砂：深灰色至灰黄色，稍密中密，局部夹淤泥质黏土薄层，厚度平均为 7.5 m，承载力特征值经验值为 200 kPa。石炭系测水段灰岩（C1dc）：该层为微风化石灰岩，具有较好的岩体质量，厚度平均为 1.7 m，承载力特征值经验值为 4 000 kPa。2.2 基础处理方案对比现有排涝泵站位于医院院区的东南侧，对于该区域的地形特征，经过实地勘察得知，呈现出相当的复杂性。排涝泵站所在地的排渠左侧毗邻1 个宽敞的停车场，而右侧则与 1 座厂房相近。在涵闸穿堤的位置，地理环境显得相当狭窄。更为重要的是，该区域的堤身出现了单薄的情况，而且堤线的走向也呈现出弯折的特点。这种地理布局导致堤外的滩地空间十分狭窄，而堤内部直接临近水域，形势较为严峻。为了找到最佳的工程选址，在现有的基础上提出了 2 种排涝站的布置方案进行比较。方案一是堤后式排涝站，意味着排涝站的泵房将被布置在防洪堤的背水坡脚位置。方案二则是堤身式排涝站，这意味着泵房将会被布置在防洪堤的身体部分。对于这两个方案，从以下几个方面进行了详细的分析和比较。1）地形条件。地形条件在泵房的选择和排涝站的布置中具有重要影响。如果选择在堤身建造泵房，可能导致堤防在排涝站处出现间断，这将对堤防的管理和堤顶交通产生不利影响。与此不同，采用堤后式排涝站的设计，将泵房布置在堤身作穿堤箱涵的方式能够有效解决上述问题，带来明显的优势。这种设计不仅保持了堤防的完整性，还能够克服堤身建造泵房可能带来的障碍。因此，在考虑地形条件时，选择堤后式排涝站布局是更为合适的选择，因其能够兼顾排涝效果与堤防完整性，从而为排涝工程的成功实施提供了有力支持。2）泵房稳定条件。在设计泵房时，其稳定条件是至关重要的考虑因素之一。浮托力是影响排涝站稳定性的重要因素，尤其需要在排涝站的运行水位和洪水位差异较大的情况下予以关注。以一例为例，当排涝站的进水池最低运行水位为5 m，而外江发生 200 年一遇的洪水时水位高达8.1 m，水头差达到 3.1 m。如果采用堤身式泵房设计，由于在这种情况下较大的浮托力和倾覆力作用，需要增加投资以确保泵房的稳定性。相反，选择堤后式排涝站的设计，由于其不直接面对水流，浮托力的影响相对较小。因此，泵房更容易满足稳定要求，相较于堤身式泵房，堤后式排涝站的设计更加轻巧，能够减少不必要的投资，同时确保排涝系统的稳定性。因此，在考虑泵房的稳定条件时，选择适合的设计方案是确保项目顺利进行和运行的关键步骤。3）施工条件。在考虑排涝站的施工条件时，选择适合的设计方案至关重要。对于堤身式排涝站的建设，需要克服一些挑战。这种方案涉及到大面积的破堤工程，而且基础的开挖高程相对较低，这会导致开挖回填的工程量较大；由于堤身式泵房具有防洪功能，因此在施工工期方面会受到较大的影响，安全度汛需要更多的考虑；基坑抽排水量也相对较大，扬程也较高，这些因素都可能对施工产生不利影响。与之相比，堤后式排涝站具有一系列优点。堤后式排涝站相对易于开挖，减少了施工难度；154云南水力发电2024 年第 4 期这种设计方案也更易于应对汛期，因为其不直接挡水，安全度汛的施工影响较小；堤后式排涝站的基坑相对较小，抽排扬程也较低，这些特点都有助于简化施工流程。因此，在考虑排涝站的施工条件时，选择堤后式设计方案可以有效地减少施工难度，提高施工效率，并确保工程的顺利进行3。4）综合比较。综合比较各种排涝站设计方案是确保工程顺利实施的重要环节。在考虑不同设计方案时，堤后式排涝站显现出一系列显著优势。首先，这种设计方案不受外江水位的影响，有助于在汛期时保持稳定运行。此外，堤后式排涝站在采光和通风方面表现出色，这有助于提供舒适的工作环境。同时，堤后式排涝站为各种机电设备的布置提供了便利，使得工作流程更加高效。与此同时，堤后式排涝站的环境也更加优美，这不仅为工作人员提供了良好的工作空间，还有助于提高设备的完好率和使用年限。相比之下，堤身式排涝站在受外水位影响方面存在一些不足，采光和通风的条件也相对欠佳，机电设备布置较为复杂。而且，堤身式排涝站在运行和管理方面可能会面临一些挑战，施工也相对较为繁琐4。此外，堤身式排涝站的投资相对较高。综上所述，基于综合比较的结果，堤后式排涝站凭借其工程量小、造价低、施工难度小、运行管理方便等优势，成为值得推荐的设计方案。这种方案不仅有助于降低投资成本，提高工程效率，还能确保排涝站的稳定运行和长期使用。3 地基承载力计算在进行重建水闸泵站的设计过程中，地基承载力的计算显得尤为重要。根据地勘资料，该水闸泵站的地基土层自上而下分为淤泥黏质土层、粉质黏土层、中砂层和微风化石灰岩。基于天然土层承载力及地质条件评价，决定采用水泥搅拌桩复合地基进行基础设计。在泵房段，水泥搅拌桩的直径为 0.7 m，单根桩长在 8.2 9.7 m 之间，桩间距为 1.2 m1.4 m，采用矩形布置方式。在箱涵段，水泥搅拌桩的直径同样为 0.7 m，单根桩长为 10.8 m，桩间距为1.2 m1.4 m，同样采用矩形布置。外江水闸段的水泥搅拌桩直径也是 0.7 m，单根桩长为 8.8 m，桩间距为 1.2 m1.4 m，同样采用矩形布置。而在消力池段，水泥搅拌桩的直径仍然是 0.7 m，单根桩长为 8.3 m，但桩间距稍作调整为 1.5 m1.5 m，同样采用矩形布置。这些细致的地基承载力计算和水泥搅拌桩的设计细节，有助于确保重建水闸泵站的基础结构稳定可靠。通过合理的桩直径、桩长和桩间距的安排，可以有效分担地基承载力，提升基础的稳定性，从而为水闸泵站的正常运行和长期使用提供坚实的支撑5。3.1 水泥搅拌桩承载力计算根据 JGJ 79-2012建筑地基处理技术规范，单桩竖向承载力特征值可按以下式估算。（1）式中：n桩长范围内划分的土层数；up桩周长，m；li桩周第 i 层土的厚度；qsi桩周第 i 层土的侧阻力特征值，kPa，其中淤泥黏质土层取4 kPa，粉质黏土层取 10 kPa，中砂层取 14 kPa；qp桩端地基土的承载力特征值；Ra单桩竖向承载力特征值，kN；Ap桩的截面积，m2。另外，要求桩身材料强度确定的单桩承载力不小于由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力，桩身材料强度按下式计算。Ra2=fcuAp （2）式中：桩身强度折减系数，干法可取 0.20 0.25；湿法可取 0.25；fcu与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，边长为 70.7 mm 的立方体在标准养护条件下 90 d 龄期的立方体抗压强度平均值 kPa，取 fcu取 2 000 kPa。3.2 复合地基承载力特征值计算复合地基承载力特征值按以下公式计算。fsk=mRa/Ap+（1-m）fsk （3）式中：Ra单桩承载力特征值，kN；fsk天然地基承载力，kPa；m面积置换率；桩间土承载力折减系数，取0.3；fsk处理后桩间土承载力特征值。结果见表 1。表 1 复合地基承载力特征值结果表部位fspk/kPamfsk/kPaRa1/kNRa2/kNAp/m2泵站1200.22840190192.40.384 8水闸1000.22840160192.40.384 8消力池800.17140160192.40.384 8范玮 排涝泵站的软基处理方案研究1554 沉降计算根据GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范规定，竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的压缩变形 S1和桩端以下未加固土层的压缩变形 S2。如确定的计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算6。水泥搅拌桩复合地基的沉降包括复合土层的压缩变形和桩端以下未加固土层的压缩变形，计算公式如下。S=s SS=S1+S2 （4）式中：S 复合地基最终沉降量，mm；S 复合地基计算沉降量，mm；s沉降计算经验系数，按 JGJ 79-2012建筑地基处理技术规范表 7.1.8,取 0.7；S1复合土层的压缩变形，mm；S2复合土层桩端以下未加固土层的压缩变形，mm；修正系数，按地区工程实践经验取；m搅拌桩的面积置换率，%；Esp搅拌桩复合土层的压缩模量，kPa；Ep搅拌桩的压缩模量，kPa；Es桩间土的压缩模量，kPa；pz搅拌桩复合土层顶面的附加压力值，kPa；pz1搅拌桩复合土层底面的附加压力值，kPa；Esi基础底面下第 i 层土的压缩模量；zi、zi-1基础底面至第 i 层土、第 i-1 层土底面的距离，m；、基础底面计算点至第 i 层土、第 i-1 层土底面范围内平均附加应力系数的距离，m；n 计算范围的土层数。4.1 泵房沉降计算基于地质资料的分析，考虑到淤泥、粉质黏土等易压缩土层的特性，其厚度约为 13.3 m，下方的中砂层大约有 7.2 m 厚。在这个基础上，进行地基处理的深度达到了 15.7 m。遵循规范的要求，计算得出的最终地基处理深度为 21.6 m。为了进行泵房沉降的计算，选择采用了理正岩土6.5软件。通过软件的计算，最终得出泵房的沉降量为31.70 mm。这个计算结果显示，泵房的沉降量与周边建筑的沉降差在使用要求的范围内，符合安全和稳定性的要求。这意味着在地基处理的基础上，泵房的建筑结构在实际使用过程中可以保持稳定，不会出现过大的沉降问题。这项沉降计算为泵房的设计和施工提供了重要的依据，确保了泵房的正常运行和长期使用7。4.2 水闸沉降计算依据收集的地质资料，了解到淤泥、粉质黏土等易压缩土层的厚度约为 12.2 m，而下方的中砂层大约有 7.7 m 的厚度。经过地基处理后，地基处理深度达到了 13 m。但是根据规范的要求，需要计算的地基处理深度应为 18.2 m。为了进行水闸沉降的计算，选择采用了理正岩土 6.5 软件。经过软件的计算，得到水闸的最终沉降量为5 mm。这个计算结果明显小于规范要求中的最大沉降量限制，后者为 15 cm。因此，这意味着水闸在实际使用中的沉降情况是符合规范要求的。这个结果表明，在地基处理的基础上，水闸的结构将能够稳定地承受荷载，不会发生过大的沉降，从而保障水闸的正常运行和安全性。此次的沉降计算为水闸的设计和施工提供了重要的参考，确保了水闸的可靠性和稳定性8。5 结束语通过对广州市民政局精神病院院区东南侧排涝泵站软基问题的研究，提出了针对性的软基处理方案，并对其进行了详细的计算和分析。通过合理的地基处理和技术方案，可以提高排涝泵站的稳定性和安全性，确保其在汛期和日常使用中正常运行。参考文献：1唐尧.临湘市铁山咀泵站工程泵基处理方案分析比较J.湖南水利水电，2021,（4）:23-24+31.2张鸾沣.浅析钉形水泥土双向搅拌桩在化家沟泵站软基处理中的应用J.江淮水利科技，2020,（3）:4-5.3高玮.排涝泵站的施工探讨J.工程技术研究，2017,（4）:115-116.4刘建玲.古镇二明窦排涝泵站主厂房软基处理工程设计J.河南水利与南水北调，2015,（22）:14-16.5陈启庆.富湾排涝泵站穿堤涵软基处理设计J.广东水利水电，2012,（2）:51-53.6刘红军，刘克伦，陈锋，等.逐级改变计算参数下道路软土地基变形与稳定性研究J.公路，2023,（4）:10-15.7 张强，邹悦.新老路基差异沉降处理的计算及措施 J.四川水泥，2023,（4）:259-261.8王跃旭.一种改进的软基主固结度计算方法研究J.低温建筑技术，2022,44（11）:112-114.