振冲碎石桩应用于某变电站地基处理的设计探讨

2015-10-31黄丽丽

建材与装饰 2015年22期

关键词：砂层砂土碎石

黄丽丽

（福建永福工程顾问有限公司）

振冲碎石桩应用于某变电站地基处理的设计探讨

黄丽丽

（福建永福工程顾问有限公司）

本文通过对漳州沿海某变电站的地基处理方案进行探讨，论述振冲碎石桩在实际工程中的适用性，经济性。

振冲碎石桩；地基处理

1　前言

利用振动和水冲加固土体的方法叫做“振冲法”。[2]而“振冲碎石桩法”是这一方法的扩大，它是利用振冲器借以高压水成孔，并填料使之密实，在土体中形成一个桩体，桩体和桩间土共同构成一个复合地基。它适用于挤密处理松散砂土、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土等地基，以及用于处理可液化地基。[1]

本文对某变电站地基进行加固处理，以解决该场地地基的不均匀性及天然地基承载力不足等问题。

1.1工程概况

本工程为某变电站新建项目，场地位于漳州市漳浦县古雷镇油沃村，场地原始地貌属滨海滩涂，历经多次海浸海退。场地未经过整平，总体呈西南两侧高、东北两侧低，地面高程4.5～9.6m（黄海高程）。场地整平标高为7.5m，变电站总平面布置图如图1～2所示。

图1　变电站总平面布置图

1.2工程地质条件

整个场地内地层岩性结构自上而下为：

①中砂：风积成因，灰白色、灰黄色，稍湿～湿，松散～稍密状，以石英中细砂为主，含少量泥质。全场表层均有分布。

②中砂：海陆交互相沉积，灰黄色，湿～饱和，中密～密实状，局部呈松散状，以石英中细砂粒为主，颗粒级配较差，基本无胶结。该层全场地分布。

③粉质粘土：海陆交互相沉积，灰黄色、褐黄色，可塑～硬塑，局部含有15％石英砂。该层大部分地段均有分布。

④粉质粘土：海相沉积，系淤泥固结而成，灰黑色，饱和，可塑偏软状，含少量有机质，局部夹有薄层粉细砂。该层半数钻孔揭露。

图2　工程地质剖面图（比例尺：水平1:600；垂直1:200）

⑤含泥中细砂：海陆交互相沉积，灰黄色，饱和，中密～密实状，以石中、细砂粒为主，颗粒级配较差，胶结较好。该层大部分地段均有分布。

⑥泥质粉砂：海相沉积，深灰、灰黑色，饱和，中密～密实状，以石英粉砂为主，泥质含量约25％，可见贝壳等，基本无胶结。该层全场地分布，局部钻孔未予揭穿。

⑦粘土：海陆交互相沉积，灰黄，褐黄色，可塑～坚硬，以粘粉粒为主，质纯，粘性好。该层未予揭穿。

⑧中粗砂：冲洪积，灰黄色，饱和，密实状，以石英中粗砂粒为主，中间夹有大块漂石，基本无胶结。该层部分钻孔揭露。

表1　地基各岩土层设计计算指标

1.3水文地质条件

地地下水主要为赋存于①中砂、②中砂层中的孔隙潜水及⑤含泥中细砂、⑥泥质粉砂层中的弱承压水。表层孔隙潜水地下水主要接受大气降水及西、南侧径流补给，通过蒸发及向场地东侧迳流排泄，地下水水量较丰富。该地下水水位受季节及降雨量影响明显。

1.4建（构）筑物基础方案设想

本工程建（构）筑物结构形式主要采用框架或排架形式，柱下总荷载约700～3000kN，基础形式拟采用独立基础或大板基础，基础埋深2～2.5m。

由本工程地质条件（本文仅选取一代表性的地质剖面，详见图2）可见，站址场地表层①中砂层（局部区域含②中砂层）均匀性较差，工程性质一般，不具备天然地基浅基础条件。针对该工程地质条件，比较适合的地基处理方案主要有换填垫层法、振冲碎石桩。现将2个方案必选如下：

方案1：换填垫层法，利用机械设备将表层松散的中砂层挖起，再分层回填压实。该方案的优点：施工工艺简便，在放坡开挖无额外基坑支护措施的前提下费用较为经济。缺点：局部基坑开挖较深（主要位于站区东北角），如图2中钻孔SK3孔所揭示，表层①中砂层、②中砂层均为松散状，且场地处于低洼处尚需回填厚度约2.5～3m，基坑开挖时填土及砂土坑壁容易坍塌，存在一定安全隐患。

方案2：振冲碎石桩。该方案的优点：技术可靠，施工简便快速。缺点：费用相对较高，且施工时用水量大，冲出的泥浆污染施工场地。

经过分析，方案2的费用相对较高，但是考虑到本工程用地紧张且紧靠主干道，方案1进行基坑放坡开挖对周边环境影响较大，且施工时间为雨季，该场地地下水水量丰富，地下水水位受季节及降雨量影响明显，为尽量减小地下水对施工进度的影响。故采用振冲碎石桩进行地基处理，同时兼顾节省造价的需要，部分基础区域的表层松散砂层较薄时，可结合考虑局部加水振动密实或换填垫层处理。

2　振冲碎石桩的设计及探讨

2.1复合地基承载力的确定

复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验确定，初步设计时，可按下列公式估算[1]：

式中：fspk-复合地基承载力特征值（kPa）；fsk-处理后桩间土承载力特征值（kPa）；n-复合地基桩土应力比；m-面积置换率。

采用等边三角形布桩，桩径d=800mm，间距s=2m，桩长约为4～7m。其中，fsk取原天然地基承载力特征值的1.2倍，fsk=168kPa；n取1.5；代入公式得到，fspk=180kPa。

2.2设计及施工相关问题的探讨

2.2.1对砂土的加固机理

砂土属于单粒结构，其组成单元为松散粒状体，渗透系数大，一般大于10-4cm/s。单粒结构在松散状态时，颗粒的排列位置是极不稳定的，在动力和静力作用下重新进行排列，趋于较稳定状态。振冲挤密法在施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱和状态，砂土在强烈的高频强迫振动下产生液化并重新排列致密，且在桩孔中填入大量粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围土中，这种强制挤密使砂土的密实度增加，孔隙比降低，土的物理力学性能改善，使地基承载力大幅度调高[3]。

2.2.2施工要点

施工顺序一般可采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行。当加固区附近有其它建筑物基础时，需从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。

为了保证桩顶部密实，振冲前开挖基坑时应在桩顶高程以上预留一定厚度的土层。当基槽不深时可先进行振冲后开挖。桩体施工完毕后应将顶部预留的松散桩体挖除，如无预留应将松散桩头压实，随后铺设并压实垫层。

2.3地基处理成果

本工程委托专项资质的检测单位检测后，复合地基承载力满足设计要求。

本工程在上部结构施工过程中和竣工后，对建筑物进行了沉降观测，经过观测，在240d后各点累计沉降量为4.0～20.0mm，均未达到30mm。