河北省水利水电勘测设计研究院300250
摘要：拟建西黑山电站建筑物主要由引水渠涵、压力箱涵、调压室、压力钢管、主副厂房、尾水池及尾水渠涵等组成。经计算，调压室地基沉降量不满足规范要求，电站主厂房平均基底应力不满足地基承载力要求，均需进行地基处理。本文对该工程地基处理措施如何选择进行了探讨。
关键词：建筑物地基处理地基沉降；地基承载力
1.工程概述
拟建西黑山电站位于保定徐水境内，与南水北调中线天津干线西黑山进口闸至有压箱涵段东黑山陡坡平行，呈旁通式布置，利用天津干渠供水期间渠首段的水位落差进行发电，为无调节径流式电站，运用原则为发电服从供水。西黑山电站装机容量8400kW，工程等别为Ⅴ等，属于小（2）型，建筑物级别为5级。电站建成后拟向河北省保定市徐水区供电。
2.工程地质条件
工程区大部分为第四系上更新统地层覆盖，覆盖层主要岩性为黄土状壤土、壤土和粘土、含碎石粘土等，呈上黄土状壤土下粘性土结构，勘探深度范围内揭露（傍山段局部岀露）蓟县系铁岭组（Jxt）白云岩。勘探期间未见地下水。场区附近地下水、地基土对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋及钢结构无腐蚀性或具微～弱腐蚀性。
3.需要进行地基处理的建筑物基本情况
电站建筑物主要由引水渠涵、压力箱涵、调压室、压力钢管、主副厂房、尾水池及尾水渠涵、管理房屋和交通道路组成。
经计算，调压室正常运行工况最终沉降量17.7cm，调压室上下游邻接建筑物分别为压力箱涵和压力钢管，箱涵和钢管沉降量均为0cm。参照《水闸设计规范》（SL265-2016），天然土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过15cm，相邻部位的最大沉降差不宜超过5cm，因此调压室地基沉降量不满足规范要求，需要进行地基处理。电站主厂房平均基底应力约为250kpa，最大基底应力约350kpa，主厂房经修正后的地基承载力特征值为166kpa，平均基底应力超过了相应的地基承载力，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，也需要进行地基处理。
根据地质勘探资料，调压室地基自上而下分别为壤土层、含碎石粘土层、强风化和弱风化白云岩。其中壤土层厚3.5m，含碎石粘土层厚4.5m，强风化白云岩厚7.5m，弱风化白云岩岩面距基底面约15.5m。主厂房地基自上而下分别为壤土层、含碎石粘土层和弱风化白云岩，其中壤土层厚4.5m，含碎石粘土层厚12.5m。壤土层、含碎石粘土层、强风化白云岩、弱风化白云岩承载力建议值分别为140kpa、160kpa、400kpa、1000kpa。壤土层压缩模量为5.9Mpa，稍湿、可塑，土质不均，局部含少量碎石，粘性大。含碎石粘土层压缩模量为6.7Mpa，稍湿，硬塑，一般碎石含量10%～40%。
4.调压室地基处理措施的选择及布置
分析调压室基底以下土质类别和物理力学性质指标，常用的振冲碎石桩、沉管砂石桩、水泥搅拌桩等处理后的人工地基同属复合地基范畴，上述几种方法均经验丰富、操作简单、施工进度快、造价相对较低，适于处理松散砂土、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土等土层，不适于处理硬塑及坚硬的黏性土。本工程壤土层可塑，可以采用上述方法进行处理，但调压室基底以下壤土层厚度仅为3.5m，处理深度范围较小，经复合地基变形验算，几种方法处理后的地基沉降量确实不能满足规范要求。
旋喷桩法是20世纪70年代初期开发的一种新型地基加固计算，迄今已得到广泛应用，旋喷桩法旋喷注浆的压力大，喷射流的能量大、速度快，对从粒径很小的细粒土到含有颗粒直径较大的卵石、碎石土，均有很大的冲击和搅动作用，使注入的浆液和土拌合凝固为新的固结体，该法对流塑或软塑黏性土、粉土、砂土和碎石土等地基都有良好的处理效果，因此该法用于本工程，可以同时处理调压室基底以下壤土层和含碎石粘土层，与上述三种方法相比，处理范围加深，效果较好，但造价相对较高。旋喷桩法处理后的人工地基也属于复合地基范畴，经复合地基变形验算，该方法处理后的地基沉降量仍不能满足规范要求。
混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上使用机械或人工方法成孔，并在孔中灌注混凝土而成的桩，灌注桩实践经验多、应用广泛，施工简单、工期短、机械化程度高，特别是钻孔灌注桩对各种土基适用性强，在减小沉降量方面作用显著，但采用桩基础较之上面几种方法投资偏大。考虑到调压室基底以下15m左右即出露弱风化白云岩，因此设计采用施工经验丰富、作用显著的混凝土嵌岩灌注桩，桩基入岩深度取为1.0m。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），嵌岩桩可不进行沉降验算，因此对处理后的地基不再进行沉降计算。
虽然采用桩基础投资偏大，但对于本工程能较好的利用基岩作为持力层、效果显著，满足处理后的地基变形要求，因此本工程采取桩基础进行处理。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），泥浆护壁钻孔成桩桩径宜为600～800mm，以控制沉降为目的的桩基，桩距采用4～6倍桩身直径，初定桩径0.8m，桩中心间距3.5m，经桩自身强度计算，桩基布置满足规范要求。
5.主厂房地基处理措施的选择及布置
电站主厂房地基处理主要是解决地基承载力不足的问题。主厂房基底以下17m左右出露弱风化白云岩，原则上亦可采用混凝土嵌岩灌注桩提高地基承载力，但考虑混凝土嵌岩灌注桩对电站运行机组振动产生的不利因素，同时为了尽量避免不增加新的施工工艺、简化地基处理措施，经分析，确定主厂房地基处理采用混凝土灌注桩复合地基。
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），泥浆护壁钻孔成桩桩径宜为600～800mm；采用非挤土成桩工艺的桩间距宜为（3～5）倍桩径；桩顶和基础之间褥垫层厚度宜为桩径的40～60%，褥垫材料宜采用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等，最大粒径不宜大于30mm。
根据以上原则，确定混凝土灌注桩桩径为80cmm，桩中心间距3.2m；褥垫层采用碎石，厚度为40cm。灌注桩混凝土强度等级取为C25。经计算，单桩竖向承载力特征值和复合地基承载力特征值均满足要求。
6.结束语
随着工程建设规模的扩大和要求的提高，需要对天然地基进行处理的工程日益增多，而地基问题较为复杂、难度大，如果处理不好，后果严重。进行地基基础设计，应坚持因地制宜、就地取材、保护环境、节约资源的原则；根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，精心设计。对于设计者，合理选择地基处理措施，对保证工程安全、节省工程建设投资具有特别重要的意义。
参考文献：
［1］水闸设计规范SL265-2016
［2］建筑地基基础设计规范GB50007-2011
［3］建筑地基处理技术规范JGJ79-2012
［4］建筑桩基技术规范JGJ94-2008
［5］地基处理手册（第三版）