岩溶地区泵站设计方法探究_谭泽腾.pdf

江西建材规划设计与勘察1502023年1 月作者简介：谭泽腾（1990-），男，广东广州人，硕士，工程师，主要研究方向为市政工程结构设计与研究。岩溶地区泵站设计方法探究谭泽腾中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000摘 要：广州花都地区岩溶分布广泛，地下水丰富，存在较多工程安全隐患。文中以花都地区某泵站设计为例，介绍了泵站基坑支护、泵站结构设计以及配套管理用房的地基处理和基础选型，可为类似工程提供参考。关键词：岩溶地区；地基处理；基坑支护；泵站设计中图分类号：TV222 文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0150-03Research on Design Method of Pump Station in Karst AreaTan ZetengCentral&Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.Ltd.,Wuhan,Hubei 430000Abstract:The karst in Huadu area of Guangzhou is quite developed and the groundwater is abundant.Taking the design of pump station in Huadu area as an example,the paper introduces the foundation pit support,the structure design of pump station,the foundation treatment and foundation selection of supporting management rooms,which can provide reference for the design of similar projects.Key words:Karst area;Foundation treatment;Foundation pit support;Pump station design1 项目概况本文以花都地区某泵站设计为研究案例，在雅瑶涌下游处建设污水提升泵站，使雅瑶涌截污管渠的污水进入已建的新街河过河管。泵站选址于新雅街道雅瑶涌及铁路所围成的长方形地块内，水平向为西北东南走向。主要构筑物有污水提升泵站1座，土建规模为19.5万m3/d，采用地下式潜水泵房，布置于用地中部。辅助及附属建筑物主要有变配电间、管理用房、水质化验室等，均合建于管理用房内，位于用地右侧，除臭设施布置于在勘察的31 个钻孔中，20 个钻孔中揭露到26 个溶洞，溶洞呈串珠状，充填黏性土，不漏水。洞高在0.304.50m，洞顶埋深为9.1023.10m，岩溶发育等级为强发育。3 设计方案比选泵站平面尺寸为15.8m27.1m，深约为13.6m，可采用沉井、灌注桩和地连墙支护方案，下文就三种方案进行分析。用地左侧。场地西北侧为池塘，东北侧为雅瑶涌堤岸，南侧为农田保护区，地势走向为西北低、东南高，标高为8.0013.20m。经综合考虑，确定室外地坪标高为10.0010.50m，周边与地块标高差为23m，通过挡土墙和放坡等形式与周边衔接。2 地质情况根据勘察结果，揭露的地层分布如表1 所示。3.1 沉井方案沉井为井筒状结构，先在地面浇筑好沉井，在井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，再进行封底，使其成为构筑物的基础，再浇筑内部结构。沉井结构整体性好，刚度大，可以下沉至较大深度1-2。沉井是构筑物的一部分，也是基坑支护组成部分，能使施工流程简化。沉井的施工周期较长，对施工技术的要求较高，挖土不均匀时容易造成沉井歪斜且纠偏较为困难。根据钻孔揭示，场地岩面较为起伏，达到设计标高后，刃角部分位于基岩上，部分位于较软的土层上，容易表1 地层分布表地层成因地层分类地层描述人工填土层/Q4ml杂填土灰褐、灰黑色，松散，稍湿，由粘性土、碎石块、粗砾砂及少量砖块等填成，填垫年限约0.51 年。冲积层/Q4al淤泥质粉质黏土灰黑色，软塑，冲积而成，味腥臭。粉质黏土灰黄、灰白色，可塑，冲积而成，絮状结构，局部含有腐殖质。中粗砂灰白色，饱和，以稍密为主，局部松散，冲积而成，颗粒以亚圆形为主，矿物成分主要为石英及长石，级配一般，含少量粘粒。石炭系/C沉积岩层中风化石灰岩青灰色，岩芯呈短柱状、扁柱状、碎块状，矿物成分主要为方解石，钙质胶结，胶结较好，微晶结构，层理构造。微风化石灰岩青灰色，岩芯呈长柱状、短柱状，矿物成分主要为方解石，钙质胶结，胶结较好，微晶结构，层理构造，岩石结构基本未变化，风化裂隙稍发育，裂隙间发育少量白云岩脉。江西建材规划设计与勘察1512023年1 月造成沉井不均匀下沉而倾斜；无法确定岩溶区的地下水量，施工过程中可能因为水量过大造成排水困难，同时大流量排水可能造成地面塌陷等情况，影响周边建构筑物的安全。综上所述，沉井方案不适用于岩溶地区。3.2 钻孔灌注桩方案钻孔灌注桩支护是将灌注桩作为挡土支护结构，外侧打入止水帷幕桩止水，基坑内布置降水井，形成较为完善的支护体系。止水帷幕一般是咬合在一起的水泥土搅拌桩。灌注桩施工完毕后，先设置顶部冠梁和支撑，再向下开挖，至预定标高后建立下层支撑和围梁，最后挖至基坑底层3-4。钻孔桩施工时，无挤土效应，没有震动和噪音。结构自身刚度大，侧向变形小。钻孔桩的桩间间隙较大，水土容易从间隙中流出，需根据地质情况，采用注浆、搅拌桩或旋喷桩等方法来解决；桩之间的联系主要通过顶部冠梁和腰部圈梁，整体性较差；施工周期较长，费用较高。由于岩溶地区地下水较为丰富，灌注桩止水效果较差，因而排除此方案。3.3 地连墙方案地连墙是采用挖槽设备，沿着基坑边线开挖出一条深槽，并通过泥浆护壁保证深槽不坍塌，清槽后，将钢筋笼放入其中，灌注水下混凝土形成一个单元槽段，如此循环，直至形成一道连续的钢筋混凝土墙体，可用来承重、挡水和防渗。地连墙施工噪音低，震动小，对环境影响小；刚度大，整体性好，安全性高，支护结构变形较小；墙身抗渗能力较好，坑内降水时对坑外的影响小5。地连墙适用于各种土质情况，在一些复杂条件下，几乎是唯一可采用的施工方法。由于泵站周边情况复杂，基坑两倍开挖深度范围内有通信塔、防洪堤岸等建构筑物，距离雅瑶涌较近，地下水来源丰富，基坑深度较深，最终确定采用地连墙方案6。4 泵站设计要点4.1 基坑支护设计泵站基坑采用地连墙+混凝土内支撑支护。墙厚为800mm，采用C35水下混凝土，设置两道混凝土墙支撑，分别在0.00处和-6.00处。冠梁尺寸为800mm900mm，腰梁尺寸为900mm1000mm。每层设置8道斜撑和2道直撑，内支撑尺寸均为700mm900mm，平面布置如图1所示，地连墙进入微风化石灰岩不小于6m。图1 泵站基坑支护平面图/mm基坑施工前，应加密钻孔布置及物探，探明溶洞位置及深度范围。溶洞处理按照双液注浆+单液注浆做法，平面布置如图2 所示。在基坑周边采用双液注浆封堵岩溶水的渗流通道，防止连续墙成槽时的泥浆流失及减小灌注混凝土时的损耗，基坑中部用水泥浆填充溶洞，提高土体强度。注浆参数如下：双液注浆的水玻璃与水泥浆体积比为1:1，水玻璃的模数范围为2.43.3，水泥浆采用42.5 早强型水泥，水灰比为1:1；单液注浆采用纯水泥浆，水灰比为1:1。注浆管采用 48mm花管，钻孔孔径为 90mm，注浆速度控制在3070L/min，注浆压力范围在0.41.0MPa。处理溶洞时，注浆芯管和花管下到洞底即可；处理土洞时，注浆芯管和花管需下到洞底以下0.20.3m，然后由下往上进行压浆。当注浆压力达到0.40.5MPa时，注浆芯管往上移动0.5m，依次循环，直至注浆到洞顶，当最后的注浆量小于12L/min时，继续注浆15min后，即可终止。图2 泵站基坑平面示意图4.2 泵站结构设计泵站主体以微风化石灰岩作为持力层。平面尺寸约27m18.5m，地下部分深约13.6m，底板厚1.2m，侧壁厚0.4m，顶板厚0.2m。内侧墙根据实际情况，厚度为0.30.8m。泵站内局部填充 C20 素混凝土。地面以上为框架结构，高度约7.5m。结构柱采用400mm600mm截面，柱距7.9m。梁截面取300mm700mm和300800mm，屋面板厚120mm。设1台起重量为5t的电动单梁悬挂吊车，泵站侧边的阀门井在泵站主体施工完成后再进行施工。泵站结构和地连墙支护结合使用时，可采用的形式有单一墙、复合墙和叠合墙，如图3 所示。考虑到地连墙承担全部外墙荷载，设计采用单一墙7；复合墙是在墙内侧设置混凝土衬墙，两者之间放置衬垫材料，地连墙与衬墙之间不考虑剪力传递，墙体内力按地连墙与衬墙的刚度比例进行分配；叠合墙也是在地连墙内侧设置衬墙，但地连墙和衬墙之间考虑剪力传递，地连墙与衬墙作为一个整体考虑，外墙厚度取两者厚度之和。图3 地连墙与主体结构外墙结合形式江西建材规划设计与勘察1522023年1 月单一墙的槽段防水处理难度较大，整体性较差，一般不采用。地连墙宜与主体结构一起受力，并作为主体结构的一部分。墙体结合方式可选用复合式或叠合式，根据防水及受力等要求选用。叠合墙相较于复合墙，通过凿毛墙体表面、预留锚固钢筋或者设置剪力槽使地连墙和内衬墙合二为一，充分发挥支护结构的作用。但是，由于地连墙先于侧墙施工且变形基本完成，刚度也远大于侧墙，其对侧墙的收缩变形有很强的约束作用，使侧墙受拉而开裂渗水。本工程为泵站，对防水的要求较高，综合考虑宜采用复合式构造，在地连墙和侧墙之间设置柔性防水层，使侧墙单独受力，施工难度较小，防水体系也更加有保障。管理用房平面尺寸为25.0m10.8m。考虑到地勘揭示有溶洞，因此采用筏板基础以降低基底压力，减少对溶洞的影响。地基处理时，先用双液注浆封堵周边溶洞，中间的溶洞再采用单液注浆，要求地基承载力不小于120kPa。筏板厚度为500mm，从柱边向外挑出600mm，持力层为粗砾砂和粉质黏土层。上部为两层框架结构，一层高4.8m、二层高4.0m。柱截面尺寸为500mm500mm，横向柱距为5.0m，纵向柱距为4.3m和6.5m。首层及屋面板板厚取120mm，其他楼层板取100mm。4.3 周边建筑物的保护根据武广雅瑶站点的相关图纸，通信杆及机房均采用灌注桩基础，其中通信杆以微风化灰岩为持力层，桩长10.5m、桩径2m。机房以粉质粘土为持力层，桩长7m、桩径0.8m。机房采用框架结构，整体性较好，并且通信杆及机房外采用两排松木桩进行保护。雅瑶站点采用框架结构+桩基础，不容易沉降及倾斜，在一般外力作用下，不会产生倒塌与倾覆现象，整体的安全性有保障。除臭基础及管理用房基础埋深为1m，距离较远，对武广雅瑶基站没有影响。泵站基坑深度为13.6m，武广通信杆及机房离泵站净距为11.5m，位于泵站的南侧，在1倍基坑深度范围以内。泵房基坑采用地连墙+内支撑支护，可做到周边地表沉降小，水土不流失。靠近通信杆及机房一侧，采用单排D500高压旋喷桩保护，搭接150mm，桩长约10m，平面长度为10m，可以隔离扰动并防止水土流失。5 结语综上所述，岩溶地区的泵站宜采用地连墙+混凝土内支撑的支护方式。针对岩溶地区地下水丰富的情况，采用双液注浆封堵+单液注浆填充的方式进行处理。采用复合墙的方法可使地连墙和衬墙共同受力，以提高防水能力。结果表明，该方法对于岩溶地区的泵站设计有着良好的效果。参考文献 1 刘锐.岩溶地层地下连续墙槽壁附近溶洞封闭的施工技术J.建筑机械化，2016（3）：53-55.2 徐情根，邓锦波，徐醒华，等.岩溶地区大型复杂的超深基坑支护结构选型J.建筑技术开发，2012（4）：22-25.3 陈保国，闫腾飞，王程鹏，等.地铁车站复合墙结构体系受力特性J.哈尔滨工业大学学报，2020（9）：66-73.4 谢申举，王栋旭，郑立志，等.地铁车站叠合墙裂缝生成机理与控制要点J.建筑技术，2018（11）：1174-1176