強夯法加固浙北1000kV變電站碎石土地基施工參數(shù)優(yōu)化研究

黃磊等

摘 要：運用多種手段對浙北1000kV特高壓變電站回填碎石土地基進行了不同強夯施工參數(shù)情況下加固效果的現(xiàn)場試驗研究，介紹了三個不同試夯區(qū)的施工參數(shù)以及現(xiàn)場檢測的結(jié)果。對高填方地基，選擇合適的夯能和施工工藝對地基加固效果有重大影響，通過對三個強夯施工參數(shù)不同的試夯區(qū)的加固效果檢測，最后確定大面積強夯施工時采用5000kN.m夯能，正三角形布置，5.0m夯點間距，按不跳點強夯和滿夯的施工工藝進行。

關(guān)鍵詞：變電站；高填方；強夯法；現(xiàn)場試驗；加固效果

1.引言

隨著工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，越來越多的工程尤其是電廠、變電站、石化和機場等工程的選址都會選在山地或丘陵地帶，以保護環(huán)境和節(jié)約用地，因此，這些工程的地基大部分都為高填方地基。而強夯法，又稱動力密實法，是用起重機器將質(zhì)量為10噸～40噸的夯錘起吊到6～30m的高度后自由下落，產(chǎn)生強大的沖擊能量，對地基進行強力夯實，從而提高地基承載力降低其壓縮性的地基處理方法。浙北1000kV變電站場地受山區(qū)丘陵控制，地形起伏較大，地表高程變化的范圍一般在36.30～93.72m之間，如果場地平整后最終標高按67m考慮，則最大回填高度達26m左右。而強夯法在處理回填土地基方面得到了廣泛的應(yīng)用，但對于不同場地結(jié)合不同的地質(zhì)條件，強夯工藝及施工參數(shù)存在較大差異[1]。為了確定強夯法處理浙北1000kV變電站回填土地基的可行性，檢測經(jīng)強夯處理后地基加固效果是否滿足超高壓變電站場地的要求；為了取得大面積強夯施工時的強夯控制參數(shù)及指標，現(xiàn)場進行了強夯試驗，分別設(shè)置了三個不同的試夯區(qū)，本文著重介紹通過三個試夯區(qū)的強夯試驗優(yōu)化大面積強夯施工參數(shù)的問題。

2.試夯區(qū)概況

2.1 工程地質(zhì)條件

站址區(qū)內(nèi)地貌為構(gòu)造低山剝蝕丘陵區(qū)，地貌主要為渾圓狀的低山，地形起伏較大，地表高程變化的范圍一般在36.30m～93.72m之間。根據(jù)前期勘測資料[2]，站址區(qū)第四系地層為粘性土、碎石及全風(fēng)化粉砂巖，下伏強風(fēng)化、中等風(fēng)化粉砂巖。其巖性自上至下分別為：

（1）素填土：黃褐色，主要由粘性土組成，厚度4.20m。

（2）粉質(zhì)粘土：灰黃、黃褐色，可塑，含少量鐵質(zhì)結(jié)核，無搖震反應(yīng)，稍有光滑，干強度中等、韌性中等，以粉質(zhì)粘土為主，局部相變?yōu)檎惩粒植加谇鹆晟狡碌谋韺?，厚度一般?.40m～5.30m。

（3）碎石（中密）

雜色，母巖成分為粉砂巖，顆粒級配差，呈棱角狀，磨圓差，排列無序，中等風(fēng)化，混多量粘性土，厚度一般為1.30m～6.90m。

（4）粉砂巖（全風(fēng)化）

灰黃色，主要礦物成分為石英、長石，散體結(jié)構(gòu)，全風(fēng)化，巖石結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認，有殘余結(jié)構(gòu)強度，巖體呈砂狀，厚度一般為0.40m～4.00m。

（5）粉砂巖（強風(fēng)化）

灰黃色，主要礦物成分為石英、長石，泥質(zhì)膠結(jié)，細粒結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，呈碎塊狀，強風(fēng)化，巖石結(jié)構(gòu)大部分破壞，厚度一般為0.60m～4.90m。

（6）粉砂巖（中等風(fēng)化）

黃褐色、灰色，主要礦物成分為石英、長石，泥質(zhì)膠結(jié)，鈣質(zhì)膠結(jié)，細粒結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，呈塊狀，中等風(fēng)化，結(jié)構(gòu)大部分完好。

2.2 試夯區(qū)強夯參數(shù)的設(shè)置

本場地原土層較厚，因此在原土層進行強夯置換之后再進行回填土強夯施工。由于回填厚度大，采用分層回填強夯施工的方法，每層回填土厚度4m，回填料就地取自山體開挖的碎石料，夾雜少量粘土。三個試夯區(qū)的大小均為27m*27m，各試夯區(qū)強夯參數(shù)設(shè)置如下表所示：

說明：Ⅰ區(qū)按三遍跳點夯完成夯點，收錘標準點夯按最后兩擊夯沉量第一遍≤7cm，第二遍≤5cm，第三遍≤3cm；Ⅱ區(qū)按不跳點強夯法施工，收錘標準為最后兩擊平均夯沉量≤30mm，點夯完成后進行一遍夯能1500kN.m的滿夯，每點四擊，1/3夯錘直徑搭接；Ⅲ區(qū)的夯擊遍數(shù)和控制指標同Ⅱ區(qū)，只是夯點間距和布置形式不同。

3.現(xiàn)場強夯試驗結(jié)果

3.1 平均累計夯沉量與夯擊次數(shù)的關(guān)系

在Ⅰ區(qū)的三遍強夯過程中選9個有代表性的夯點（每遍選3個），在Ⅱ、Ⅲ區(qū)選取9個有代表性的夯點進行分析，如圖1所示。

由圖1可看出，當夯擊能量分別為4200kN.m和5000kN.m時，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)的平均累計夯沉量分別為115.2cm、162.1cm和162.8cm。在不同的夯擊次數(shù)下Ⅲ區(qū)的夯沉量稍大于Ⅱ區(qū)對應(yīng)夯擊次數(shù)下的夯沉量，但總體二者曲線幾乎重合，而隨著夯能的增加可以看出Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的最終夯沉量明顯大于Ⅰ區(qū)的累計夯沉量，說明平均累計夯沉量受夯點間距和夯點布置形式的影響較小于夯能的影響。至于夯點間距對夯坑沉降變形的影響楊建國[3]等認為在同樣夯能下夯點間距越大則夯坑沉降變形越大。由于本工程夯點間距只有4.2m和5.0m，二者只相差了0.8m，所以在同樣夯能的情況下Ⅲ區(qū)的平均累計夯沉量只是稍大于Ⅱ區(qū)，從某種程度上也驗證了文獻三中論點的正確性。從上圖還可以看出，隨著夯擊次數(shù)的增加夯坑深度的增加逐漸減少，到最后曲線近似呈水平，所以不能為了追求地基加固效果而盲目增加夯擊次數(shù)從而導(dǎo)致夯擊能的浪費。

3.2 超重型動力觸探試驗

在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)夯前、夯后分別進行超重型動力觸探，根據(jù)打入的難易程度來判斷地基在夯前夯后的工程特性。分別將夯前和夯后同一動力觸探孔位的數(shù)據(jù)繪成曲線圖如下（圖中動力觸探擊數(shù)為現(xiàn)場實測未經(jīng)修正）。

從圖2可以看出，強夯之后動力觸探擊數(shù)有了較高程度的提高。在Ⅰ區(qū)內(nèi)，深度5.4m以上動力觸探擊數(shù)較夯前有所增加而5.4m以下基本無增加，且地表以下1.0m范圍內(nèi)動探擊數(shù)在7擊以下，說明在4200kN.m夯能正方形布置作用下該地基的有效加固深度大概為5.4m，但表層加固效果較差，有效深度范圍內(nèi)動力觸探擊數(shù)平均值由3.7增加到8.9，增幅243%左右；在Ⅱ區(qū)內(nèi)，深度6.0m以上動力觸探擊數(shù)較夯前有所增加而6.0m以下基本無增加，有效加固深度大概為6.0m，且在滿夯作用下表層土的加固效果好于Ⅰ區(qū)，有效深度范圍內(nèi)動力觸探擊數(shù)平均值由4.9增加到15.2，增幅310%左右；在Ⅲ區(qū)內(nèi)，深度6.2m以上動力觸探擊數(shù)較夯前有所增加而6.2m以下基本無增加，有效加固深度大概為6.2m，且表層土加固效果也好于Ⅰ、Ⅱ區(qū)，有效深度范圍內(nèi)動力觸探擊數(shù)平均值由5.0增加到17.1，增幅340%左右；經(jīng)上述分析，在采用梅納公式[4]計算有效加固深度時，建議對碎石土回填強夯地基采用0.26～0.28的修正系數(shù)。夯能越大動力觸探擊數(shù)越高、有效加固深度越大，土體越密實；采用一遍不跳點強夯加一遍滿夯的方式對表層土的加固效果好于采用三遍跳點強夯的方式；5000kN.m正三角形布置區(qū)的動力觸探增加幅度和有效加固深度稍高于正方形布置區(qū)域。