復(fù)合地基在變電站地基處理中的應(yīng)用

張源航

【摘要】復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中，土體得到加強或土體得以置換，以提高承載力。變電站建設(shè)中，經(jīng)常會遇到地基承載力不滿足設(shè)計要求的不良地基，這就需要進行地基處理。

【關(guān)鍵詞】地基處理；砂石樁；振沖法；強夯法

以某變電站為例，對復(fù)合地基在變電站地基處理中的應(yīng)用加以闡述。

1站址概況

站區(qū)方案采用全戶內(nèi)GIS布置，主要建構(gòu)筑物為：主控綜合樓、水泵房、事故油池及水池，主控綜合樓為三層框架結(jié)構(gòu)、水泵房為帶地下室一層框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)埋深：主控綜合樓 -3.0米；水泵房-3.0米。承載力特征值達到150～200kPa可滿足建構(gòu)筑物的要求，但主控綜合樓對不均勻沉降的要求相對較高。根據(jù)設(shè)計要求，該站址回填土高度為4～5m。

2地質(zhì)情況

本站址主要巖土層共有四層，各巖土層的工程特性如下：

1）素填土（①-1）：主要由黏性土組成，局部可見少量磚塊。該層主要由開挖魚塘的棄土堆積而成，結(jié)構(gòu)松散，物理力學(xué)性質(zhì)較差，且主要分布于魚塘埂，不得作為天然地基持力層。

2）粉質(zhì)黏土（①-2）：該層呈層狀廣泛分布于場地土的上部，本層層厚較小，地基承載力特征值綜合取值為160.0kPa～200.0kPa。該層具有中壓縮性及較高的地基承載能力，可滿足一般建（構(gòu)）筑物的天然地基設(shè)計需要。

3）粉砂（①-3）：該層呈層狀廣泛分布于下伏基巖的上部，厚度多在3.0m左右，最大層厚達4.5m（1K5孔），地基承載力特征值綜合取值為140.0kPa～170.0kPa。該層具有低壓縮性特點，但其承載能力稍差，能滿足較輕型的建（構(gòu)）筑物的天然地基設(shè)計需要。

但本層粉砂（①-3）層在工程場地內(nèi)四個勘探孔中有三個液化孔，均屬輕微液化等級。詳見下表

4）泥巖 ② ：該層廣泛分布于場地土的下部，地基承載力特征值綜合取值為250.0kPa～300.0kPa。具有好的物理力學(xué)性質(zhì)及高的地基承載能力，是良好的天然地基持力層。

根據(jù)以上描述，該站址存在以下問題：

1. 地處養(yǎng)魚塘，須將魚塘底部軟塑～流塑狀態(tài)的淤泥清除；

2. 回填土較厚，需4～5m高。

3方案比較

結(jié)合本工程的特點和現(xiàn)有地質(zhì)資料，經(jīng)考慮采用復(fù)合地基中的砂石樁法、振沖樁法對地基進行處理。為具有一定的經(jīng)濟性和可操作性，將分別從地基處理的優(yōu)缺點、樁基設(shè)計、施工工藝等方面進行論述。

3.1地基處理原理及特點

3.1.1砂石樁法

砂石樁又稱擠密樁，該處理方法適用于處理松散砂土、粉土、黏性土、填土、液化土地基，處理深度在5～15米，過深則壓實困難。根據(jù)上述地質(zhì)情況的描述，非常適用于本工程。當(dāng)用于消除粉細砂及粉土液化時，宜采用振動沉管擠密樁。采用砂石做為填料。

振動沉管擠密砂石樁是利用常規(guī)的沉管灌注樁所用的沉管設(shè)備，在成孔過程中沉管對土的橫向擠密及振密作用，是土體向樁周擠壓，樁周土體得以擠密，同時分層填入并夯實砂石，形成砂石樁，振動拔管后使得土體與樁共同組成復(fù)合地基。由于擠密樁是通過振動沉管將相同體積的土體擠開灌入砂石料，因而擠密效果較佳，施工中無土體流失，土體被"強制"灌入砂石料，使土體密實度大幅提高，承載力大大提高，因此能有效的抑制地基沉降，改善建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

一方面砂石樁可以像砂井一樣起排水作用，因此加快了地基的固結(jié)沉降速度，另一方面由于設(shè)置了砂石樁形成豎向良好的排水通道，可以加速孔隙水壓力的消散，因此有減少地震液化的功能，達到抗震效果。

但該樁對周圍建構(gòu)筑物的振動擠壓影響稍大。

3.1.2振沖法

振沖法適用于處理砂土和不排水抗剪強度不小于20kPa的黏性土、粉土、液化土和填土，以及工程中水位較高且對承載力要求較低的工程。也適用于本工程。

振沖法是利用能產(chǎn)生水平向振動的振動器，在高壓水壓的作用下邊振動邊沖，在軟弱地基中成孔，再在孔內(nèi)分批填入砂石料等堅硬材料，振動器上拔形成樁體，最終使砂石樁體與原狀土體構(gòu)成復(fù)合地基。形成的復(fù)合地基以及樁與樁間的相互約束適當(dāng)增大了地基的整體剛度，從而提高地基的承載力，減少地基的沉降。

3.2樁基計算

3.2.1砂石樁法

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)程》（JGJ79-2012）要求，擠密樁的布置應(yīng)大于基礎(chǔ)輪廓范圍，且當(dāng)處理液化地基時，宜在基礎(chǔ)外緣各布置3排樁，且超出基礎(chǔ)外緣的寬度不應(yīng)小于5m。本工程兩個站址電氣布置都屬于比較緊湊的方案，故決定兩個站址均滿布擠密樁，即有利于建構(gòu)筑物的不均勻沉降，又便于施工。樁長約7～9米，樁徑選用500，樁間距s=1.08√A e =1.22，取1米，采用三角形布樁。本站址布樁7208根。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，經(jīng)計算，置換率為0.227，地基的承載力特征值為202 kPa，壓縮模量Esp為10.25 MPa。可以看出，經(jīng)過擠密樁處理后，地基承載力有明顯改善，且滿足主控綜合樓對變形的要求。能有效的抑制地基沉降，改善建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.2.2振沖法

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)程》（JGJ79-2012）要求，振沖樁的處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)輪廓范圍，宜在基礎(chǔ)外緣擴大1～2排樁，且當(dāng)處理液化地基時，在基礎(chǔ)外緣擴大寬度不應(yīng)小于基底可液化圖層厚度的1/2?？紤]總平面布置較緊湊，且施工方便的情況下，決定兩個站址均滿布振沖樁。本工程兩個方案樁長均在7～9米，根據(jù)上述規(guī)范要求，選用樁徑500，布樁間距1.0米，等邊三角形布樁。本站址布樁7208根。

其置換率、復(fù)合地基承載力及復(fù)合土的壓縮模量計算與擠密樁法同。同樣：振沖樁處理后的地基承載力有明顯改善，且滿足主控綜合樓對變形的要求。能有效的抑制地基沉降，改善建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.3施工工藝

3.3.1砂石樁法

由于擠密樁至往土體中"強制"灌入填料，施工后期土體會越來越密實，沉管越來越難，因此，施工的施打順序和選用樁型尤為重要，一般施打順序以從中往四邊順打或由一邊向另一邊順打。樁型可以在施工后期可改用功率較大的樁機。擠密樁還可以利用微機對起沉管內(nèi)的砂面進行跟蹤，以控制投料量，判斷成樁密實情況和是否出線斷樁現(xiàn)象，最終保證施工質(zhì)量。

3.3.2振沖法

振沖樁施工中需要適用大量水，將產(chǎn)生大量泥漿，因此，在配備高壓水泵及充足水源的同時，為防止大量泥漿流失，污染環(huán)境，需合理布置排泥溝和污泥泵，泥漿匯集于沉淀池后，沉淀，清水再利用，污泥外運。施工前準備工作麻煩。振沖樁是利用高壓水成孔，所以對控制水量及水壓尤為重要，水量在成孔初期要大些，隨著孔的形成，慢慢減小水量；水壓視土體強度、成孔深淺做相應(yīng)調(diào)整，土體強度大，水壓宜大，反之宜小。因此施工中操作復(fù)雜。另外：振沖樁是先成孔，后加填料，填料從上往下倒入的過程中，有部分粘在孔壁，未落到樁底，則需要加更大的填料，每根樁的總填料難以控制。

1.4方案推薦

（1）從原理上：振動沉管擠密碎石樁法比振沖法對土體的"強制"作用更佳。

本工程兩個站址周圍現(xiàn)階段均無建構(gòu)筑物，擠密樁法對周圍建構(gòu)筑物的振動擠壓影響可不考慮。

（2）樁基計算：振動沉管擠密碎石樁法和振沖法均能有效提高地基承載力，滿足建構(gòu)筑物沉降及變形要求，滿足地基處理的結(jié)果。

（3）施工工藝：振沖法在施工前期需修建多條排泥溝，施工中對水量及水壓的控制操作麻煩，且每根樁的總填料難以控制。振動沉管擠密碎石樁法則不存在這些問題。

總上所述，推薦砂石樁法做為站址地基處理的方法。

參考文獻

[1] 地基處理手冊. 中國建筑工業(yè)出版社. 2008-6-1

[2] 復(fù)合地基樁處理技術(shù). 中國建筑工業(yè)出版社. 2011-5

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