王攀峰 李书群 王明智

引黄入冀补淀工程自河南省濮阳市渠村闸引水，向北途径河南河北2省、6 市、23 个县（市、区），最终经任文干渠末端十二孔闸入白洋淀。引黄入冀补淀泵站位于引黄入冀工程末端，设计流量为30m3/s，其工程任务是当淀内水位高于引黄入冀补淀工程设计补淀水位时扬水入淀，为白洋淀生态保护和修复提供有力支撑。泵站泵房结构由水泵层、设备层和上部建筑结构组成，泵房结构自重和荷载均较大。泵房位于淀区内侧，地层承载力低、压缩性大，地层分布不均，且存在地震液化现象，泵房基底地基应力和不均匀沉降均不满足规范要求，需要进行地基处理。

1.泵站地质情况

泵站位于十二孔闸下游70m、白洋淀淀区内，场区地质钻孔深度40m，勘探深度范围内地层从上到下依次划分为3 个工程地质单元。

上部Ⅰ单元为第四系全新统冲洪积层，厚度约10m，由淤泥质土、粉砂、壤土及少量砂壤土层组成，地基承载力约100kPa，平均压缩模量Es1-2约5.2MPa。Ⅰ单元埋深3.8m～10.6m 的粉砂层呈松散～中密状态，存在地震液化现象，液化等级为中等。壤土层呈可塑状态，具中等～高压缩性，土质不均，局部较软。

中部Ⅱ单元为第四系全新统冲湖积层，厚度约6m，由黏土、壤土层及少量粉砂层组成，地基承载力约110kPa～120kPa，平 均 压 缩 模 量 Es1-2约6.5MPa。Ⅱ单元土质不均，承载力偏低，具中等～高压缩性。

下部Ⅲ单元为第四系上更新统冲湖积层，厚度约24m（未钻透），由黏土、壤土砂层组成，地基承载力约130kPa～150kPa，平 均 压 缩 模 量 Es1-2约7.0MPa。Ⅲ单元分布较为连续，厚度稳定，具中等压缩性。

泵站场区为Ⅱ类场地，基本地震动峰值加速度为0.10g，相应地震烈度为Ⅶ度。

2.天然地基基底应力及沉降

泵站泵房底板长25m，宽41.5m，厚1.2m，底板以上由水泵层、设备层和上部建筑结构组成，总高22.8m，泵房结构剖面见图1。

泵房建基面高程-1.75m，接近Ⅰ单元粉砂层的顶面。传递到基底的力有泵房结构自重、淀内外水压力、扬压力、土压力、地震力等作用。经计算基底平均应力为214.5kPa，最大基底应力为231.9kPa，位于淀区内侧；最小基底应力197.1kPa，位于淀区外侧。考虑深度、宽度修正后，基底土层承载力为187kPa。依据分层总和法计算沉降，泵房沉降值为20.3cm。

3.地基处理方案

天然地基状态下，泵房基底应力和沉降均不满足规范要求。泵房基底粉砂层液化等级为中等，工程抗震设防类别为乙类，根据建筑抗震设计规范，应采取措施全部消除液化，因此泵房需进行地基处理。

此工程地基承载力低，土层压缩性大，且地震液化土层埋深较大，不适合采用换填等浅层处理方式，需采用桩体穿透液化土层的深层处理方式。常用的深层处理方式有水泥土搅拌桩、钻孔灌注桩、振冲碎石桩、载体夯扩桩等。

3.1 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过搅拌桩机在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，固化剂和软土之间产生一系列物理化学反应，使软土硬结为具有整体性、水稳定性和一定强度的地基。

图1 泵房结构剖面图

水泥土搅拌桩适合加固饱和软黏土地基，可达到减轻液化影响、提高地基承载力的作用。但水泥土搅拌桩只对桩内土体固化，没有起到对桩周围土体挤密作用，对地基承载提高较小，消除液化效果不显著。

3.2 钻孔灌注桩

通过螺旋钻成孔，穿透液化土层，进入下部坚实土层，在桩孔内设置钢筋笼、浇筑混凝土，形成钢筋混凝土桩体，通过桩周围摩擦力提供承载力，桩基液化段摩阻力根据液化指数和土层所在深度进行折减。

钻孔灌注桩对周围土体没有挤密作用，桩基承载力主要靠桩周土体摩擦提供承载力，需要桩长较大，桩基个数较多，施工周期长，费用较高。而且钻孔灌注桩与基础底板连接，可能形成偏载，基础底板受力较复合地基受力差。

3.3 振冲碎石桩

振冲碎石桩通过强烈的高频强迫振动，使处于饱和状态的松散砂土产生液化并重新排列致密，并在桩孔中填入大量碎石等粗骨料，将骨料挤压入周围土体，使土体的相对密实度增加、孔隙率降低、土的物理力学性能改善，大幅度提高地基承载力。

振冲碎石桩桩体内碎石可形成良好的排水通道，快速消散地震引起的超孔隙水压力，防止砂土液化，加速地基的排水固结。但碎石桩会破坏不透水层，可能导致形成渗漏通道，泵站建成后将作为白洋淀防洪体系的一部分，应具有防渗透能力，因此不适合采用振冲碎石桩。

3.4 载体夯扩桩

载体夯扩桩采用螺旋钻成孔，分批加入砖块、碎混凝土块等填充料，用柱锤反复夯实，控制最后三击贯入度不大于12cm、且夯击次数不小于8 次，最后浇筑C25 混凝土桩体。

通过夯锤反复夯击，在桩体底部形成扩大桩头，对周围土体夯实、挤密，可起到消除地震液化作用，显著提高地基承载力。载体夯扩桩单桩承载力高，所需桩长段、桩个数较少，采用螺旋钻成孔，施工快捷。

经综合比选，采用载体夯扩桩进行地基处理。载体桩桩径0.5m，桩距1.8m，桩长10m，正三角形布置，桩顶设50cm 厚水泥碎石土垫层（水泥∶碎石∶土=5∶35∶60）+10cm 厚C15 素混凝土垫层，垫层每侧比载体桩处理范围宽0.5m。根据《建筑地基处理技术规范》，地基处理范围大于基底面积，并应在基础外缘应扩大1～2 排桩。对于可液化地基，处理范围向基础外扩不小于可液化土层厚度的1/2，且不小于5m，桩长穿透液化层以下1m。

载体夯扩桩处理后形成复合地基，地基承载力按照《建筑地基处理技术规范》计算，对有粘结强度增强体复合地基承载力计算：

式中：

λ—单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值；

Ra—单桩竖向承载力特征值(kN)；

Ap—桩截面面积；

m—面积置换率，m=d2/de2，d 为桩身的平均直径（m）,de 为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)；

β—桩间土承载力发挥系数，可按地区经验取值；

fspk—处理后桩间土承载力特征值。

单桩竖向承载力特征值根据《载体桩设计规程》采用下列经验公式估算：

式中：

fa—经深度修正后载体持力层地基承载力特征值(kPa)；

Ac—载体桩等效计算面积，没有当地经验时，可根据规范按照土层类别和最后三击贯入度选用。

经计算，处理后泵房底复合地基承载力340kPa,满足地基承载力要求。

地基沉降根据《建筑地基基础设计规范》采用分层总和法计算：

式中：

ψs—沉降经验系数，可根据地区观测资料及经验确定，无地区经验时可根据变形计算深度范围内压缩模量的当量值、基底附加应力按照规范选用；

P0—准永久组合时基础底面的附加应力(kPa)；

Esi—基础底面下第i 层的压缩模量（MPa），应取土的自重压力至土的自重压力与附加应力之和的压力段计算；

zi、zi-1—基础底面距第i 层土、第i-1 层土底面的距离；

、—基础底面计算点至第i层土和i-1 层土底面范围内平均附加应力系数。

复合地基的压缩模量等于天然地基 压 缩 模 量 的ζ 倍，ζ=fspk/fak，fspk为 处 理后地基承载力特征值，fak为天然地基承载力特征值。

经计算，处理后泵房基底沉降为4.5cm，满足规范要求。

4.结论

针对引黄入冀补淀泵站地基承载力低、压缩性大、地震液化问题，对地基处理方式分析比选，采用载体夯扩桩处理。现场试验和沉降监测表明，载体夯扩桩有效提高了地基承载力，消除了地震液化现象，为泵站上部结构提供了良好的地基条件，处理效果良好，可为同类工程设计提供参考。