高能級(jí)強(qiáng)夯法在變電站工程處理濕陷性黃土地基的應(yīng)用研究

冷輝平 王春平

【摘 要】黃土的濕陷性是因?yàn)辄S土受到壓力后因?yàn)樗慕穸l(fā)生土質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象，在該類(lèi)土質(zhì)的施工建設(shè)中，進(jìn)行地基處理是非常有必要的，通過(guò)對(duì)濕陷性黃土濕陷原因和詳細(xì)的土質(zhì)分析，結(jié)合高級(jí)能強(qiáng)夯法的加固效果，綜合經(jīng)濟(jì)效益和工程施工技術(shù)分析，對(duì)變電站處理濕陷性黃土地基的處理，提出高能強(qiáng)夯法的施工方案。

【關(guān)鍵詞】高級(jí)能強(qiáng)夯法 變電站工程 濕陷性黃土 地基加固

1 工程地質(zhì)概況

新疆某220kV變電站工程位于山凹中，該變電站所在的地區(qū)的地貌類(lèi)型為黃土，地勢(shì)比較平坦，據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭露，站址場(chǎng)地內(nèi)地層與巖性從上至下為：①植被土：灰褐色，松散～稍密，含較多植物根莖，分布于整個(gè)場(chǎng)地，厚度較小，一般在0.5m左右，工程性質(zhì)差。②粉土：灰黃色，稍濕，稍密，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度，韌性低，手捏易碎，局部夾少量碎石。該層整個(gè)場(chǎng)地均有分布，層厚一般7～12m。③-1圓礫：紫紅色、灰褐色，稍密狀態(tài)，分選性較差，磨圓度較好，圓狀～次圓狀，一般粒徑2～5cm，最大見(jiàn)20cm，混有少量卵石，粉土充填。③-2卵石：紫紅色、灰褐色，稍密～中密狀態(tài)，分選性一般，磨圓度較好，圓狀～次圓狀，一般粒徑2～5cm，最大約為30cm，中粗砂充填。該層厚度較大，一般大于5m整個(gè)場(chǎng)地均有分布。④粉土：灰黃色，中密，很濕。該層埋藏較深，層厚7.6m。⑤卵石：稍密～中密，飽和，中粗砂充填，卵石磨圓度較好，圓狀～次圓狀，粒徑一般粒徑2～5cm，最大約為40cm。該層埋藏較深，未揭穿。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，場(chǎng)地內(nèi)地下水位埋深較深，為17.0m左右， 根據(jù)探坑取樣進(jìn)行黃土濕陷性試驗(yàn)，場(chǎng)地內(nèi)②粉土濕陷系數(shù)為0.025～0.13，且隨深度增加逐漸減小，上部0～5m濕陷系數(shù)平均值為0.092，強(qiáng)烈濕陷性土，下部5～8m濕陷系數(shù)平均值為0.043，為中等～強(qiáng)烈濕陷性土；自重濕陷系數(shù)為0.006～0.071，上部0～5m自重濕陷系數(shù)平均值為0.031，下部5～8m自重濕陷系數(shù)變化較大，平均值為0.022。依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025-2004），場(chǎng)地內(nèi)②粉土為自重濕陷性粉土，濕陷等級(jí)為Ⅱ（中等）～Ⅲ（嚴(yán)重）。采用②粉土作為基礎(chǔ)持力層時(shí)須對(duì)其進(jìn)行地基處理。

2 黃土濕陷的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素，以及常見(jiàn)的地基處理方法

我國(guó)建筑業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)于任何地質(zhì)的建筑條件都進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的研究，對(duì)于濕陷性黃土也經(jīng)過(guò)了大量的研究，對(duì)黃土的工程性質(zhì)有充分的了解，主要從幾個(gè)方面掌握了濕陷性黃土的土質(zhì)特征。第一層次的原因是黃土的結(jié)構(gòu)松散，結(jié)構(gòu)中存在著大量的空隙，多空隙的結(jié)構(gòu)造成黃土的土質(zhì)疏松，第二層次的原因是黃土中的微粒的不親水性，由于這種原因?qū)е缕渲械念w粒的粘連。第三層次的原因是黃土中存在著一定量的可溶解鹽分，由于鹽的電解作用形成的膠狀物對(duì)土質(zhì)的影響。影響黃土濕陷性的因素主要有，粒間組成、土質(zhì)的干濕度、含水率、可溶解鹽以及水脹型礦物質(zhì)等。

常見(jiàn)的濕陷性黃土的地基處理方案主要有以下幾類(lèi)：（1）墊層法，墊層法是先將基礎(chǔ)以下的濕陷性黃土的一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)作為墊層，從而減小地基的壓縮變形，提高地基的承載力；（2）擠密樁法，擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時(shí)先按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诨A(chǔ)平面位置布置樁孔，然后將準(zhǔn)備好的素土或灰土在最優(yōu)含水率下分層填入樁內(nèi)；（3）樁基礎(chǔ)法，樁基施工較為復(fù)雜，多用于非自重濕陷性黃土；（4）化學(xué)加固法，使用硅化加固和堿液加固的方法，主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變土質(zhì)的狀況，雖然應(yīng)用較多但是成本大難度大；（5）重錘表面夯實(shí)以及強(qiáng)夯法。

3 高級(jí)能強(qiáng)夯法加固效果分析

和常規(guī)的強(qiáng)夯法不同的是，高級(jí)能強(qiáng)夯單次的夯擊能一般都在6000kN·m以上，有效加固深度在20米左右，能加固處理多種不同的土質(zhì)和滿足較多的工程實(shí)施要求，是在強(qiáng)夯法的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，大大提高了強(qiáng)夯法的經(jīng)濟(jì)效益，由于黃土土質(zhì)的特性是疏松多孔，所以常規(guī)的強(qiáng)夯法沒(méi)有辦法對(duì)黃土起到有效的加固效果，這里就要用到高能級(jí)強(qiáng)夯法，高級(jí)能強(qiáng)夯法加固地基的原理一般認(rèn)為，是將一定的重量的重錘以一定的落距給予地基沖擊和振動(dòng)，從而達(dá)到較大的壓實(shí)度，是在普通的強(qiáng)夯法的基礎(chǔ)上，施加更大沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，比如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過(guò)程，一般強(qiáng)夯法作用于飽和度不高于60%的濕陷性黃土地基。

強(qiáng)夯法的有效加固深度，指強(qiáng)夯以后的地基承載力達(dá)到的預(yù)期要求，是強(qiáng)夯法在工程應(yīng)用中的重點(diǎn)，關(guān)系到土質(zhì)能夠有效得到改善，為后期的工程施工做好準(zhǔn)備，除了錘重和落距，在工程實(shí)踐過(guò)程中，還可能遇到很多因素的影響，強(qiáng)夯法加固地基的有效深度預(yù)估公式如下：

其中 為預(yù)算出來(lái)的有效加固深度，W為錘的重量，H為高能級(jí)夯錘的落距， 為相對(duì)于土體含水量有關(guān)的深度修正系數(shù)。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)的分析，采用了高能級(jí)強(qiáng)夯法，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了高能級(jí)強(qiáng)夯的實(shí)驗(yàn)，分別采用600噸、800噸的夯擊能得到的土質(zhì)參數(shù)對(duì)比如表1表2。

600噸夯擊能土質(zhì)變化表1

土層 狀態(tài) 干密度ρ（g·cm-3） 孔隙比e0 濕陷系數(shù)

粉質(zhì)黏土層

粉質(zhì)黏土層 夯前

夯后 1.26-1.34

1.45-1.80 1.15～1.33

0.49-0.69 0.025～0.13

0.001-0.027

800噸夯擊能土質(zhì)變化表2

土層 狀態(tài) 干密度ρ（g·cm-3） 孔隙比e0 濕陷系數(shù)

粉質(zhì)黏土層

粉質(zhì)黏土層 夯前

夯后 1.26-1.34

1.52-1.94 1.15～1.33

0.37-0.56 0.025～0.13

0.001-0.012

通過(guò)不同能級(jí)的強(qiáng)夯后土質(zhì)對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)能級(jí)越高，土質(zhì)改善越明顯，在一定范圍內(nèi)使得該區(qū)域的地基強(qiáng)度提高，孔隙比大大減小，濕陷性完全消除。該220kV變電站通過(guò)采用8000kN的夯擊能進(jìn)行地基處理，自投產(chǎn)運(yùn)行兩年來(lái)，場(chǎng)地?zé)o明顯沉降，進(jìn)一步驗(yàn)證了高能級(jí)強(qiáng)夯法在變電站工程中處理濕陷性黃土是切實(shí)有效的。

5結(jié)語(yǔ)

在變電站工程處理濕陷性黃土地基加固施工過(guò)程中，使用高能級(jí)強(qiáng)夯法可有效的消除黃土的濕陷性，而且高能級(jí)強(qiáng)夯法施工技術(shù)難度小，施工需要的設(shè)備和技術(shù)相比于其他的地基處理方法較為簡(jiǎn)便，且施工周期短，經(jīng)濟(jì)效益較好。

參考文獻(xiàn)：

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