安徽某500 kV變電站工程地質特性與適宜性評價

馬 雷，孫明剛，楊仲呂

(國網安徽省電力有限公司 建設分公司，安徽 合肥 230022)

擬建工程地區(qū)地勢相對較起伏，坡度總體較緩，屬丘陵地貌，擬建站址場地內主要種有為農作物、毛竹、松樹和樟樹等林木。擬建工程勘探范圍內場地地面標高為14.50～39.70 m，站址區(qū)圍墻內場地標高為18.10～36.30 m，站址最終設計標高為28.00 m。本次對擬建變電站進行施工圖設計階段的巖土工程勘察，分析評價擬建站址的區(qū)域穩(wěn)定性，查明場地內有無不良地質現象；查明場地內膨脹土特性；評價站址區(qū)的邊坡穩(wěn)定性，推薦邊坡支護結構型式等，為工程建設提供建議,對同類工程具有重要的參考價值[1]。

1 地基土構成與特征

擬建站址揭露地層為填土、黏土、黏土夾卵石和卵石層，自上而下依次將各巖土層特征描述如下。①號填土層：褐黃色，棕黃色，松散，可塑，夾植物根莖，局部夾碎石，主要產生于民房房屋修建時填土，場地早期開發(fā)為農田時填土堆積，擬建站址區(qū)中部民房區(qū)域該層較厚，其他地區(qū)分布厚度在1 m以內，層厚0.3～2.4 m。①號淤泥層：灰黑色，流塑，夾植物根莖，分布于站址區(qū)水塘內，為水塘淤積形成，層厚0.6～0.8 m。②號黏土層：棕黃色，褐黃色，可塑—硬塑，局部硬塑，含鐵錳質結核，夾有灰白色高嶺土條紋，具有膨脹性，場地均有分布，偶夾有粒徑約2～9 cm卵石，呈亞圓形，質量比含量小于20%，層厚0.6～7.7 m。③號黏土夾卵石層：棕黃色，褐黃色，可塑—硬塑，場地均有分布，夾有質量占比為20%～50%的卵石，含有少量礫石，粒徑多為2～9 cm，呈亞圓形，分布不均，層厚0.8～11.3 m。③號黏土層：棕黃色，褐黃色，硬塑，含鐵錳質結核，夾有灰白色高嶺土條紋，具有膨脹性，偶夾有粒徑約2～9 cm卵石，該層主要夾在③號土層中，呈透鏡體分布，主要分布于擬建站址區(qū)的西側和南側，層厚0.7～5.6 m。③號卵石層：褐黃色，雜色，稍濕，中密—密實，呈亞圓形，粒徑多為2～11 cm，分布不均勻，混有一定含量黏土和礫石，場地均有分布，本次勘探尚未揭穿。④號黏土層：褐黃色，稍濕，硬塑，含鐵錳質結核，夾有灰白色高嶺土條紋，偶夾有粒徑約2～9 cm卵石，該層主要夾在④號土層中，呈透鏡體分布，主要分布于西南部和中部。本次勘探發(fā)現④號卵石層中出現④黏土夾層，并非偶然零星分布，故將其單獨列出，性質與③黏土類似。

2 地下水、土腐蝕性特征

擬建站址場地內地下水類型主要為孔隙潛水，含水巖組為②號黏土層、③號黏土夾卵石層、③號黏土層、④號卵石層和④黏土層。其中第②號黏土、③號黏土和④黏土黏性較高，滲透系數K一般在1.0×10-8cm/s以下，透水性低，③號和④號土層含卵石，局部混有細砂和礫石，透水性相對較高，屬相對透水層，地下水位一般埋深為 0.5～6.1 m，水位標高根據地形變化較大，受季節(jié)影響較大，主要補給為大氣降水，淺層水的排泄主要為蒸發(fā)排泄、人工開采及向深層地下水越流排泄。正常年水位變化幅度一般為 1.00 m左右。根據已有資料，擬建工程場地地下水對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具有微腐蝕性[2]。

3 不良地質作用

擬建場地未發(fā)現軟弱土、液化土、陡坡陡砍等，也未發(fā)現狀態(tài)明顯不均勻的土層，地基基本上不存在傾覆、滑移的可能，因位于丘陵地帶，場地有一定的起伏，綜述可知擬建場地地段類別屬對建筑抗震的一般地段。擬建工程場地位于丘陵地帶，地形有一定起伏，勘探范圍內場地地面標高為14.50～39.70 m，場地平整后四周將形成最高約8.0 m的挖方邊坡和最高約10.0 m的填方邊坡，應評價邊坡的穩(wěn)定性。場地中部和東南部共有兩處面積約20 m2、深約1.2 m的水塘，場地平整前應做好清淤處理[3-4]。因擬建站址區(qū)分布有膨脹土，作為天然地基或回填土材料時應先進行消除膨脹性處理并做好防護措施。除此之外場地未發(fā)現滑坡、泥石流等地質災害現象，根據勘察結果也未發(fā)現飽和砂土、粉土巖土層，可不考慮地震液化的影響。

4 膨脹土分析與評價

4.1 膨脹土等級劃分

安徽省境內膨脹土的平面分布相對集中，主要分布于淮北平原地區(qū)和舒城縣城—巢湖市區(qū)—和縣縣城以北的江淮波狀平原地區(qū)，在此以南地區(qū)則零星分布于丘陵平原上的階地及山前斜地上。擬建工程場地位于巢湖市以南約65 km的膨脹土零星分布的丘陵地帶。擬建工程場地膨脹土地質特征為第Ⅳ類沖洪積，地質年代為Q3，參考擬建站址以北65 km處巢湖市的氣候條件，可計算得土的濕度系數為0.815，大氣影響深度為3.43 m，大氣影響急劇層深度為1.54 m。根據室內土工試驗統(tǒng)計結果，擬建工程場地內的②號土層、③號土層、④號土層均為膨脹土，對應的自由膨脹率分別為77.7%、87.5%和81.5%，膨脹潛勢均為中。根據室內土工試驗統(tǒng)計成果，在地基土上覆荷載為50 kPa、基礎埋深不小于大氣影響急劇層深度(計算取1.54 m)、土層劃分為一層、不考慮地下水位影響的情況下，計算得②號土層的地基土脹縮變形量為39.2 mm，③號土層的地基土脹縮變形量為26.9 mm，對應的脹縮等級分別為Ⅱ級和Ⅰ級。以上地基土的脹縮變形量是在對荷載、基礎埋深等作一定假設的情況下得到的，僅供參考。對于輕型建構筑物尤其是對變形敏感的輕型建構筑物，設計時應依據建構筑物的基礎埋深、下臥膨脹土層厚度等具體情況予以復核。擬建工程場地中，②層膨脹土廣泛分布，③和④層膨脹土是以透鏡體的形式出現。場平后，膨脹土地層厚度與埋深會發(fā)生一定變化，其中③和④層透鏡體局部埋深變淺至大氣影響深度范圍內或直接暴露地表，設計在基礎設計時應結合基礎設計埋深、脹縮等級等情況綜合考慮膨脹土對建構筑物的影響[5-6]。

4.2 膨脹土處理

擬建工程場地整平后，挖方區(qū)地表大多被膨脹土覆蓋，構建筑物的基礎應深埋，并應不小于大氣影響急劇層深度(1.54 m)，或通過變形量確定。當采用非膨脹性材料或灰土進行換填處理時，換土厚度可通過變形計算確定，平坦場地上I、II級膨脹土的地基處理，宜采用砂、碎石墊層，墊層厚度≥300 mm，墊層寬度應大于基底寬度，兩側宜采用與墊層相同的材料回填，并做好防水、散水處理。也可在膨脹土中添加石灰、水泥等非膨脹材料或添加化學劑使膨脹土失去膨脹性的材料。在膨脹土中拌合一定量的石灰或水泥可降低或消除膨脹土的膨脹性；同時，有機和無機的化學劑也已經在膨脹土改良中得到應用，可以降低膨脹土的塑性指數和膨脹潛勢。土體的含水率的變化是膨脹土產生危害的根本條件，采用綜合措施切斷基底下外界滲水條件，保證地基的穩(wěn)定[7]。

5 基礎方案分析和評價

5.1 天然地基分析與評價

5.1.1 各層地基土力學性質分析與評價

①號土層為填土，厚度0.3～2.4 m，場地平整后該層將被清除，可不考慮該層；②號土為黏土，厚度0.6～7.7 m，硬塑，局部為可塑、可塑—硬塑狀態(tài)，土體具有膨脹性，偶夾有少量砂礫，標貫擊數為12.0擊，壓縮模量推薦值為7.5 MPa，承載力特征值推薦值為160 kPa，經消除膨脹處理后可作為一般簡單建(構)筑物的天然地基持力層；③號土層為黏土夾卵石，厚度0.8～8.4 m，硬塑，夾有稍密—中密卵石，局部夾有礫砂，貫標擊數為13.0擊，壓縮模量推薦值為15.0 MPa，地基承載力特征值推薦值為240 kPa，可作為天然地基持力層；③號和④號土為黏土，厚度分別為0.7～6.2 m和0.7～5.4 m，硬塑，土體具有膨脹性，偶夾有少量砂礫，貫標擊數分別為13.5擊和16擊，壓縮模量推薦值均為8.0 MPa，承載力特征值推薦值均為200 kPa，場平后若位于大氣影響深度范圍內，經消除膨脹處理后可為一般簡單建(構)筑物的天然地基持力層；④號土層為卵石層，本次勘探尚未揭穿，中密—密實，粒徑多為2～11 cm，貫標擊數為19.0，壓縮模量推薦值為25.0 MPa，地基承載力特征值推薦值為280 kPa，可作為良好天然地基持力層。從土的強度和變形上分析，②號土層經過消除膨脹處理后可作為一般建(構)筑物的天然地基持力層，③號和④號地基土工程性質良好，強度較高，可作為天然地基持力層，考慮到擬建建筑物一般為兩層左右框架結構構筑物，建議一般建(構)筑物采用天然地基獨立基礎。

5.1.2 回填土評價

擬建站址位于丘陵上，場地標高在18.10～36.30 m之間，地形有一定起伏，場平后，西側區(qū)域主要為挖方區(qū)，場地西北側、東北側、東南側和南側自然地面低于設計標高，需進行回填，回填土最厚處可厚達10.0 m左右，回填土應進行分層壓實，若填料來自場地平整的黏土，則不得使用含植物根莖的土，且必須進行消除土體膨脹性處理。根據本次土工試驗結果可知，未經處理的回填土最大干密度為1.55～1.62 g/cm，最優(yōu)含水量為18.0%～25.3%。鋪填料前，應清除場地的耕土及植被，分層填料的厚度、分層壓實的遍數，根據所選用的壓實設備，并通過試驗確定，壓實填土的質量以壓實系數控制，須在基礎設計時進行變形和強度驗算，壓實填土的承載力特征值根據現場靜載荷試驗確定。且須在回填施工中加強施工檢測工作，確保施工質量，若強度和變形不能滿足要求，或建(構)筑物對沉降較為敏感，可考慮采用樁基礎，由于新回填的地基土層尚未完成固結，還需考慮樁的負摩阻力對樁的承載力的影響。

5.1.3 天然地基評價

擬建站址場地標高在18.10～36.30 m之間，場地設計標高為28.00 m。根據本次勘察，場地平整后，場地西側主要為挖方區(qū)，擬建主變、GIS均位于此挖方區(qū)，最高開挖約8.3 m，主要露出③號土或④號土，消除膨脹影響后，若強度和變形能滿足設計要求，該段地基可作為建(構)筑物的天然地基持力層，下部④號土是工程性質相對更好的下臥層。場地中部有少量的挖方區(qū)和填方區(qū)，與設計標高差距在3 m以內，場地西北側、東南側和東北側自然地面低于設計標高，需進行回填，回填土最厚處可達10.0 m左右。回填土應進行分層壓實，該地段地基處理可采用深挖換填或分層碾壓回填的方法。將建(構)筑物基礎坐落在級配碎石、毛石砼或壓實填土上，回填土的承載力及變形需滿足建(構)筑物要求?；谏鲜龇治觯竟こ坛醪骄邆洳捎锰烊坏鼗臈l件，建議將主控樓、閥廳等重要建(構)筑物盡量布置在西部、中部等挖方區(qū)，回填區(qū)建議布置一般的輕型建(構)筑物，應根據地層勘察結果，對照規(guī)范要求，本著安全、經濟的原則，結合基礎型式、重要性等，靈活采用上述地基處理方法。此外，場平后，局部挖方區(qū)和填方區(qū)交錯分布，且對于挖方區(qū)本身下伏地層空間展布各異，CFC基礎設計時還應考慮地基均勻性的影響，對于一個連體建構筑物，應盡量保證該連體建筑物的基礎位于同一持力層中，以減少不均勻沉降帶來的危害[8-9]。

5.2 樁基分析評價與單樁豎向抗壓承載力估算

由于擬建站址場地位于丘陵地帶地貌單元上，場地有一定的高差，開挖區(qū)域工程地質條件較好，一般可采用天然地基。對于回填較深區(qū)域，擬建主控樓、構架主要位于該區(qū)域，回填深度最深約10 m，若回填土體經過檢測不能滿足強度和變形要求，則需考慮采用樁基礎。部分區(qū)域回填土較厚，需考慮樁側負摩阻力的影響，具體的參數及計算需根據場地回填材料和鋪設方式確定。擬建站址工程場地地下水位埋深為0.5～6.1 m，結合地層中卵石分布情況，預制樁不適合本工程，鉆孔灌注樁是比較理想的選擇，樁型可考慮采用Φ600 mm的泥漿護壁鉆孔灌注樁，以④號卵石層作為樁端持力層?，F以鉆孔C142為例進行單樁豎向抗壓承載力估算，以④號卵石層作為樁端持力層，場地設計標高為28.00 m。在經過場平之后，場地需回填深度6.6 m，基礎埋深考慮2.0 m，假定凈樁長為20.0 m。由于擬建工程場地地基土分布不均勻，加上各處回填土層厚度也不同，當設計考慮采用樁基礎時，應考慮地基土不均勻性的影響，并對樁基的承載力等設計參數予以復核。鉆孔灌注樁施工時，會產生一定的施工廢棄物、生活垃圾、泥漿等。其中，泥漿不可隨意排放，應采用專門的全封閉罐式運輸車把泥漿運輸至指定地點排放，杜絕隨地排漿，并保證罐車的封閉性良好，以免產生漏漿，污染環(huán)境；施工廢棄物、生活垃圾等也應堆放在指定地點，不可隨意丟棄，更不可掩埋在擬建工程場地內。

6 人工邊坡穩(wěn)定性評價

6.1 整體邊坡設計

擬建工程場地位于丘陵地貌單元，設計場地標高為28.00 m，經過開挖回填平整后，場地圍墻外側會形成一定高度的挖方和填方邊坡。本次擬建站址區(qū)圍墻范圍在原基礎上有一定程度的縮小，邊坡高度基本上均有一定程度的降低，現分為挖方邊坡和填方邊坡分別進行敘述。

1)挖方邊坡

挖方邊坡主要在擬建站址區(qū)西側圍墻處，邊坡坡高最高處約為9 m，可采用自然放坡治理方案，分為兩級放坡，第1級坡高為5 m，第2級坡高4 m，每級臺階邊坡坡率為1∶1.3，臺階邊坡之間設置2 m寬馬道連接，整體坡率為1∶1.52。在邊坡開挖中如出現較大的崩塌體，請及時通知設計方，進行局部加強支護設計。

2)填方邊坡

填方邊坡位于擬建站址區(qū)東側、南側和北側圍墻處，其中西北側、東南側和東北側回填邊坡高度較高，最高坡高為東北角處約為13 m。

填方邊坡擬采用兩種支護方案：坡高為0～11.0 m的邊坡采用自然放坡方案，第1級坡高為5 m，坡率為1∶1.2，第2級坡高最高設6 m，坡率為1∶1.3，若第2級坡高小于5 m，可設坡率為1∶1.2；坡高為11.0～13.0 m的邊坡采用上部自然放坡，下部重力式擋墻支護的方案，放坡處兩級臺階的坡率均為1∶1.2，每級坡高5 m，中間設置馬道寬度為2.5 m，在自然放坡坡底與擋土墻頂連接處設置2.0 m的平臺。邊坡應做好排水防水措施，可做好截水溝、馬道排水溝和加固防滲等排水防水措施，同時邊坡應做好坡面和坡腳的防護措施，防止雨水沖刷導致坡體發(fā)生破壞。

6.2 部分邊坡穩(wěn)定性驗算

通過對坡形更改設計后，對典型坡面進行穩(wěn)定性驗算，結論分3塊區(qū)域分別表述如下：1)擬建場地進站大門附近，因征地紅線限制，現需做成坡高5 m，坡率為1∶0.8的挖方邊坡，通過對邊坡最高剖面P1驗算，邊坡穩(wěn)定性滿足要求；2)擬建場地西南角處，因征地紅線限制，現需做成坡高7 m，坡率為1∶1.2的填方邊坡，通過對邊坡最高剖面P2和P3驗算，邊坡穩(wěn)定性滿足要求；3)擬建場地圍墻中部南側區(qū)域，因征地紅線限制，現將總高約12 m的填方邊坡做成兩級放坡，每級坡高均為6 m，坡率均為1∶1.2，中間馬道寬2.0 m，通過對邊坡最高剖面P4驗算，邊坡穩(wěn)定性滿足要求。

7 結 論

1)擬建站址區(qū)尚無全新世活動性斷裂的分布，近代地震活動的強度和頻率較低，場地處在一個相對穩(wěn)定的地質環(huán)境中，適宜工程建設。

2)擬建站址工程場地50年超越概率10%的地表水平向地震動峰值加速度為84 Gal，加速度分檔為0.05 g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度，設計地震分組為第1組。建筑場地類別屬于Ⅱ類場地，屬對建筑抗震一般地段。

3)場地地下水類型為孔隙潛水，地下水位埋深為0.5～6.1 m，水位標高根據地形變化較大，主要補給為大氣降水，正常年水位變化幅度一般為1.00 m左右。擬建工程場地地下水和淺層地基土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具有微腐蝕性。

4)因擬建站址區(qū)分布有膨脹土，當作為天然地基或回填土材料時應先進行消除膨脹性處理并做好防護措施。除此之外場地未發(fā)現滑坡、泥石流等地質災害現象，根據勘察結果也未發(fā)現飽和砂土、粉土巖土層，可不考慮地震液化的影響。

5)擬建工程場地大氣影響深度為3.43 m，大氣影響急劇層深度為1.54 m。通過本次勘察，擬建工程場地內的②號土層、③號土層、④號土層均為膨脹土，膨脹潛勢均為中。其中，②號土層的脹縮等級為Ⅱ級、③號土層的脹縮等級為Ⅰ級。工程建設時應通過基礎深埋、土層換填、添加非膨脹材料或隔絕水源等方法消除膨脹土對擬建建構筑物的影響。

6)擬建站址屬丘陵地帶，標高在18.10～36.30 m之間，工程場地地基土類型為填土、黏土、黏土夾卵石、卵石、黏土夾層，②號土層、③號土層和④號土層，消除膨脹影響后該段地基可作為一般建(構)筑物的天然地基持力層，③號、④號土層可作為良好的天然地基持力層，④號土層可作為樁端持力層。

7)擬建站址場平后，圍墻外側會形成坡高最高約9 m的挖方邊坡和坡高最高約13 m的填方邊坡，挖方邊坡可主要考慮自然放坡的形式；填方邊坡在坡高低于11 m時，采用自然放坡的形式，當坡高高于11 m時應采用上部自然放坡，下部采用重力式擋墻支護的方法。同時邊坡工程應做好排水防水措施，應做好坡面和坡腳的防護措施，防止雨水沖刷導致坡體發(fā)生破壞。