大厚度人工填土巖土工程勘察實例
——以通海110kV變電站工程為例

范延彬，張秉來，余 燾，甘生軍

（中國電建集團青海省電力設計院有限公司，青海 西寧 810008）

1 概述

在城市周圍、采礦區(qū)等地方分布一些大厚度的人工填土，在建設用地日益緊張的情況下，一些工程不得不在存在人工填土的區(qū)域內(nèi)選址，由于這人工填土的工程性質(zhì)較差，對修建在其上面的建（構）筑物影響較大，尤其在工程造價和安全性上較明顯，所以大厚度的人工填土在巖土工程勘察當中以特殊土對待，準確查明這種特殊土的物理力學性質(zhì)及分布情況，對擬建建（構）筑物的地基處理工程造價控制及其安全性是一項十分重要的工作。

2 工程概況

工程區(qū)位于西寧市湟中區(qū)多巴鎮(zhèn)大崖溝村西南側，場地整體表現(xiàn)為東北側比東南側略高，據(jù)調(diào)查該區(qū)域原為取砂坑，取砂結束后在砂坑中經(jīng)人工與機械堆積了大量的填土，場地標高在2376.1～2376.8m之間。

2.1 氣象條件

工程區(qū)位于青藏高原東部，屬大陸性高原半干旱氣候，地區(qū)年平均氣溫為6.1℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫為-23.8℃；年降水量為398.8mm，降水分配不均，多集中于夏季（5～9月），占到全年降水量的70%以上，具有降水集中、暴雨多的特點，年均蒸發(fā)量1442.6mm，為降水量的3倍多，近年來受全球氣候變暖的影響，該區(qū)氣溫和降水有上升的趨勢。

2.2 地質(zhì)構造及地震

站址區(qū)域為新生代西寧斷陷盆地的兩側，南北分別為拉脊山和娘娘山背斜褶皺帶，受達坂山南麓斷裂和拉脊山北麓斷裂控制。拉脊山北麓斷裂延伸長度達500余公里，走向為NWW向，屬壓性、壓扭性高角度逆沖斷裂，傾角35°～55°，傾向S；達坂山南麓斷裂延伸長度達130km 以上，走向NW 向，亦屬壓性、壓扭性深大斷裂，傾角60°～70°，傾向SW，沿斷裂帶破碎帶寬度100m 左右。區(qū)域內(nèi)北西西向斷層主要分布于拉脊山北緣，有多條組成。其中主要的有拉北斷層，位于拉脊山北側，斷層走向北西西，傾向南偏西，上盤元古界、古生界逆沖于白堊紀、第三系之上，地貌上基本是中高山和低山的分界線，也是拉脊山與西寧盆地的分界線。站址所處區(qū)域無全新世活動斷裂通過，區(qū)域地質(zhì)構造穩(wěn)定，適合建站。

工程區(qū)屬青藏高原北部地震區(qū)、祁連山地震亞區(qū)，無不小于5.5 級的地震活動的記錄?！拔鞅钡貐^(qū)工程地質(zhì)圖說明書（1985年）”區(qū)域構造穩(wěn)定性評價成果表明，該區(qū)屬現(xiàn)代地質(zhì)構造活動的穩(wěn)定—較穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），站址區(qū)域地震動峰值加速度值為0.10g，對應的地震基本烈度Ⅶ度。

3 工程地質(zhì)條件

擬建站址位于青藏鐵路北側的湟水河Ⅲ級階地上，地形較平坦，起伏不大，場地標高在2376.1～2376.8m之間。

據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查和本次鉆探勘探成果，擬建場地地層結構比較簡單，勘察深度內(nèi)地層自上而下依次為素填土（Q4ml）、圓礫（Q4al+pl），巖性特征及分布簡述如下：

①素填土（Q4ml）：黃褐色、雜色，稍濕—濕，為新近填土，結構松散，密實度差，堆積年限8年以上，主要由人工與機械堆積而成的粉質(zhì)粘性土及粉土為主，主要以粉土和粉質(zhì)粘土為主，局部為碎石土，混含有大量卵石、圓礫顆粒等，欠固結，均勻性差，5.0m 以下濕—很濕。該層在場地內(nèi)連續(xù)分布，位于②層圓礫上，厚度7.0～9.2m不等。

現(xiàn)場進行了高密度電法測試，其反演結果如圖1所示。

圖1 高密度電法反演結果（1-1′剖面）（北向南）

根據(jù)現(xiàn)場高密度電法測試（1-1′剖面）反演結果（圖1），結合鉆探揭露，該剖面自北向南水平方向0～20m 范圍內(nèi)填土主要由高阻的碎石土組成，電阻率值介于230～800Ω·m之間，20～100m范圍內(nèi)回填土主要由低阻的粉質(zhì)粘土組成，電阻率值介于10～60Ω·m 之間，含水量較高。

根據(jù)現(xiàn)場高密度電法測試（2-2′剖面）反演結果（圖2），結合鉆探揭露，該剖面自北向南水平方向0～18m 范圍內(nèi)由低阻的粉質(zhì)粘土回填組成，18～40m范圍內(nèi)局部回填高阻的碎石土，電阻率值介于360～1050Ω·m之間，40～60m 范圍內(nèi)回填土主要由低阻的粉質(zhì)粘土及粉土組成，電阻率值介于25～100Ω·m 之間，水平及垂直方向上分布很不均勻。

圖2 高密度電法反演結果（2-2′剖面）（北向南）

②圓礫（Q4al+pl）：雜色，很濕—飽和，中密，成份以由花崗巖、砂巖、石英巖等組成，磨圓度一般，呈亞圓狀，粒徑大于2mm 的顆粒質(zhì)量占約總質(zhì)量的60%左右，最大可見粒徑約12cm 級配及分選性一般、砂質(zhì)充填，局部夾有薄層粉質(zhì)粘土層。該層在場地①層素填土以下分布。本次所有勘探點均揭露出該層，本次勘察最大揭露厚度8.0m，未揭穿。

站址處地下水埋深6.0～7.4m不等，季節(jié)變幅±1.0m，地下水屬第四系松散巖類孔隙潛水，由大氣降水下滲和湟水河水潛流補給。

4 巖土工程分析與評價

4.1 場地穩(wěn)定性及建筑場地的適宜性評價

擬建場地無滑坡、泥石流、危巖和崩塌、采空區(qū)、地面沉降、液化砂層等不良地質(zhì)作用，場地不受洪水影響，穩(wěn)定性較好，適宜建筑。

4.2 地基土物理力學特性

依據(jù)本階段勘察和原位測試（標貫和動探試驗）成果，①層素填土均勻性、密實度存在較大的差異性，巖土工程特性相對較差；②層圓礫，中密，地基承載力相對較高，是良好的地基持力層。地基土物理力學性質(zhì)指標統(tǒng)計值見表1。

表1 地基土主要物理力學性質(zhì)指標

在素填土中取樣進行了擊實試驗，最大干密度為1.74g/cm3，最優(yōu)含水量為16.3%，見擊實曲線圖3。

圖3 擊實曲線圖

4.3 地基土及地下水腐蝕性

根據(jù)室內(nèi)土的化學分析實驗，地基土平均含鹽量為0.24%～0.29%，含鹽量均小于0.3%，不屬鹽漬土。SO42-含量280～560mg/kg，Cl-含量120～220mg/kg，pH=8.3～8.4，地基土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋及鋼結構均具微腐蝕性。

根據(jù)水質(zhì)分析，地下水總礦化度為766.65～778.19mg/L，其中硫酸鹽(SO42-)含量為163.14mg/L，氯鹽(Cl-)含量為165.44～183.96mg/L，pH 值為8.0～8.1，地下水對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋均具弱腐蝕性。

4.4 地基土凍脹性評價

場地凍深按西寧地區(qū)最大凍結深度為113cm，場地地基土在凍深范圍內(nèi)為成分以粉土為主的素填土，天然含水量（W）平均值在10.3%～22..1%之間，場地土在凍結期間地下水位距凍結面最小距離hw＞1.50m，判定場地素填土在凍深范圍內(nèi)平均凍脹率1%＜η≤3.5%，凍脹等級為Ⅱ級，屬弱脹凍土。

4.5 地基處理方案

素填土的均勻性、密實度等指標離散性很大、差異性明顯，具體表現(xiàn)為欠固結、土質(zhì)均勻性差、巖性種類較多、顏色較雜亂，主要以粉土和粉質(zhì)粘土為主，局部為碎石土，結構混亂，互成層狀，5.0m 以下濕—很濕。不經(jīng)處理不宜直接作為天然持力層。本站址經(jīng)濟可行的地基處理可考慮采用重錘強夯法、換土墊層法、高壓旋噴樁等。

（1）重錘強夯法。本工程站址附近有已建建筑物、高速公路等，重錘強夯法會對已有建（構）筑物產(chǎn)生不利影響，不適合本工程。

（2）換土墊層法。本工程素填土厚度較厚，換土墊層法不適用。但對于荷載較小的道路及電纜隧道底部，可采用換土墊層法進行地基處理，墊層厚度0.5～1.0m，擴出構筑物邊緣0.5m，且不小于b+2ztanθ。

（3）高壓旋噴樁復合地基。高壓旋噴樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土（流塑、軟塑和可塑）、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。本工程重要建（構）筑物采用高壓旋噴樁復合地基，其設計參數(shù)如下：

樁徑：0.6m，樁長：10.5m；

平面布置：獨立基礎下設置4 根，主變基礎下設置6根，消防水池下設置25根。

旋噴施工方法：單管法，噴射高壓水泥漿液，采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1，樁頂采用300mm厚級配砂石褥墊層。

5 結論

在建設用地日益緊張的情況下，一些工程不得不在存在人工填土的區(qū)域內(nèi)選址，由于這人工填土的工程性質(zhì)較差，對修建在其上面的建（構）筑物影響較大，尤其在工程造價和安全性上較明顯，所以大厚度的人工填土在巖土工程勘察當中以特殊土對待，故本案例通過多種勘察方法準確查明這種特殊土的物理力學性質(zhì)及分布情況，并選擇了經(jīng)濟可行的地基處理方案,對擬建建（構）筑物的地基處理工程造價控制及其安全性起到了參考作用。