杨艳军，冯 春

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

小河口泵站挡土墙地基处理设计

杨艳军，冯 春

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

小河口泵站前池下游端挡土墙基底应力不满足地基允许承载力的要求，需进行地基处理，采用水泥土搅拌桩进行地基处理的方法，取得了较好的效果。

挡土墙；地基处理；水泥土搅拌桩

1 工程概况

小河口泵站位于河北省玉田县杨家板桥镇小河口村西北，蓟运河左岸，属于海河流域。小河口泵站为灌排两用的中型泵站，工程等别为Ⅲ等，建于1965年，防洪标准为20a一遇，设计排涝标准为5a一遇，设计流量18m3/s，总装机容量为1960kW。安装7台机组，5台48ZL－87型和2台28ZBL－70型立式轴流泵，配套电机单机功率分别为330，155kW，泵站承担着64km2农田的排水和72km2农田灌溉任务。小河口泵站枢纽工程由进水闸、前池、泵房、出水池、出水涵闸、引水涵闸和灌溉涵闸7部分组成。本次更新改造工程设计主要设计内容包括：拆除重建进水闸和前池，维修加固泵房、出水池、出水涵闸、引水涵闸和灌溉涵闸。

2 前池下游端挡土墙设计

前池下游端挡土墙由渐变段和直立挡墙段组成。渐变段长12．0m，底板顶高程－1．2～－3．2m，两侧挡土墙采用钢筋混凝土直线扭曲面，边坡系数2．0～0，末端墙高8．3m。直立挡墙段长4．0m，底板顶高程－3．2m，两侧挡土墙为半重力式钢筋混凝土挡墙，墙高8．3m，底宽7．4m。前池下游端挡土墙稳定计算成果见表1。

表1 前池挡土墙稳定计算成果表

根据地质资料，前池挡土墙地基允许承载力为95kPa。由表1可看出，挡土墙抗滑稳定安全系数、基底应力不均匀系数均满足规范要求，但平均基底应力大于地基允许承载力，最大基底应力大于地基允许承载力的1．2倍，不满足规范要求，需要进行地基处理。

3 前池下游端挡土墙地基处理设计

3．1 水泥土搅拌桩设计

前池下游端挡土墙地基为粘土粉砂互层、壤土粉砂互层。由于工程地质报告提供的天然地基土承载力较低，经稳定计算地基承载力均不满足要求，故需要进行地基处理。处理措施常采用换土法、强夯法、振冲碎石桩和水泥搅拌桩法等。由于工程区域地下水位较高，采用强夯法排水较困难，工期长；振冲碎石桩的防渗性能差，对地基的稳定不利；换土法也不适用，在最大换土深度以下挡土墙基础仍存在较厚的软土层；水泥搅拌桩工艺较简单，适用范围广，经综合考虑推荐采用水泥土搅拌桩地基处理方案。

根据工程实际情况，挡土墙底部水泥土搅拌桩采用矩型布置，桩径70cm，桩长10m，桩间距1．2m×1．2m。 桩顶设置褥垫层，褥垫层采用0．3m厚、粒径不大于20mm的碎石。

3．2 水泥土搅拌桩计算

3．2．1 单桩竖向承载力计算

单桩竖向承载力特征值（Ra）应通过现场载荷试验确定。初步设计时按式（1）估算，是由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。并应同时满足由桩周土和桩端土的抗力所提

式中 fcu为与搅拌桩水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70．7mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期抗压强度（kPa）；η为桩身强度折减系数，取0．3；up为桩的周长（m）；n为桩长范围内所划的土层数；qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）；li为桩长范围内第i层土的厚度（m）；qp为桩尖地基土未修正的承载力特征值（kPa），取150kPa；α为桩尖天然地基土的承载力折减系数，取0．4；

根据以上公式，由式（1）计算单桩竖向承载力特征值为243kN；由式（2）计算单桩竖向承载力特征值为288．7kN；单桩竖向承载力特征值取243kN。

为充分发挥桩间土的承载力和复合地基的潜力，应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的单桩承载力接近，通常后者略大于前者较为安全和经济。上述计算结果，由桩身材料强度确定的单桩承载力288．7kN略大于由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力243kN，满足要求。

3．2．2 复合地基承载力特征值计算

处理后的复合地基承载力特征值按下列公式计算：供的单桩承载力小于（或等于）由桩身材料强度确定的单桩承载力，即式（2）的要求：

式中 fspk为复合地基的承载力标准值；m为面积置换率，计算得m＝0．266；Ap为桩的截面积；fsk为桩间天然地基土承载力标准值，取100kPa；β为桩间土承载力折减系数，当桩端土木经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时可取0．1～0．4，取0．1；Ra为单桩竖向承载力标准值，Ra＝243kPa。

根据以上公式计算出复合地基承载力特征值fspk＝175．6 kPa，满足挡土墙地基承载力要求。

3．3 复合地基沉降变形计算

竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形S1与桩端下未加固土层的压缩变形S2。

3．3．1 搅拌桩复合土层的压缩变形S1按下式计算：

式中 pz为搅拌桩复合土层顶面的附加压力值（kPa），pz＝153 kPa；pzl为搅拌桩复合土层底面的附加压力值（kPa），pzl＝153 kPa；Esp为 搅 拌 桩 复 合 土 层 的 压 缩 模 量 （kPa）； 计 算 得Esp＝71683kPa；Ep为 搅 拌 桩 的 压 缩 模 量 （kPa）， 取pzl＝250000kPa；Es为桩间土的压缩模量（kPa），取桩长范围内土的加权平均压缩模量，计算得Es＝6900kPa。

由式（3）和式（4）计算得搅拌桩复合土层的压缩变形S1＝21．4mm。

3．3．2 桩端下未加固土层的压缩变形S2计算：压缩变形S2采用分层总和法进行计算，计算公式：

式中 s为地基总沉降量（mm）；φs为沉降计算经验系数，取1．1；s′为按分层总和法计算的地基沉降量（mm）；n为地基压缩范围内所划分的土层数；P0为对应于荷载长期效应组合时的基础底面处附加应力（kPa），取153 kPa；Esi为基础底面下第i层土的压缩模量（MPa）；zi、zi-1为基础底面第i层土、第i－1层土底面的距离（m）；为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。经计算桩端下未加固土层的压缩变形S2＝13．6mm。

复合地基沉降变形计算总沉降量S＝S1＋S2＝35mm，满足规范要求。

4 结语

由于小河口泵站前池下游端挡土墙墙体较高，而地基允许承载力比较低，挡土墙平均基底应力大于地基允许承载力，最大基底应力大于地基允许承载力的1．2倍，故结合现场地质条件，对泵站前池挡土墙地基采用水泥土搅拌桩的方法进行了处理，取得了较好效果。

［1］曾国熙，卢肇钧，蒋国澄，等．地基处理手册［K］．北京：中国建筑工业出版社，1988．

［2］华南理工大学等编，地基及基础［M］．北京：中国建筑工业出版社，1991．

［3］JGJ79—2002，建筑地基处理技术规范［S］．

［4］GB50007—2002，建筑地基基础设计规范［S］．

［5］河北省水利水电勘测设计研究院．玉田蓟运河泵站更新改造工程初步设计报告［R］，2009．

［6］SL379—2007，水工挡土墙设计规范［S］．

The Xiaohekou pump station treatment design of retaining walls

YANG Yan－jun，FENG Chun
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower，Tianjin300250，China）

The Xiaohekou downstream end of pumping station pool of retaining basal stress does not meet the requirements of the bearing capacity of foundation， to allow for ground treatment， the cement－soil pile geographic processing methods，and good results have been achieved．

retaining wall； foundation treatment； cement mixing pile

TV53＋6

A

1672-9900（2010）05-0028-02

2010－08－20

杨艳军（1978－），男（汉族），河南滑县人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作，（Tel）022－26154644。