高能级强夯法在变电站工程处理湿陷性黄土地基的应用研究

冷辉平 王春平

(湖南科鑫电力设计有限公司,湖南长沙 410002)

高能级强夯法在变电站工程处理湿陷性黄土地基的应用研究

冷辉平 王春平

(湖南科鑫电力设计有限公司,湖南长沙 410002)

黄土的湿陷性是因为黄土受到压力后因为水的浸湿而发生土质结构破坏的现象,在该类土质的施工建设中,进行地基处理是非常有必要的,通过对湿陷性黄土湿陷原因和详细的土质分析,结合高级能强夯法的加固效果,综合经济效益和工程施工技术分析,对变电站处理湿陷性黄土地基的处理,提出高能强夯法的施工方案。

高级能强夯法 变电站工程 湿陷性黄土 地基加固

1 工程地质概况

新疆某220kV变电站工程位于山凹中，该变电站所在的地区的地貌类型为黄土，地势比较平坦，据地质调查和钻探揭露，站址场地内地层与岩性从上至下为：①植被土：灰褐色，松散～稍密，含较多植物根茎，分布于整个场地，厚度较小，一般在0.5m左右，工程性质差。②粉土：灰黄色，稍湿，稍密，无光泽反应，干强度，韧性低，手捏易碎，局部夹少量碎石。该层整个场地均有分布，层厚一般7～12m。③-1圆砾：紫红色、灰褐色，稍密状态，分选性较差，磨圆度较好，圆状～次圆状，一般粒径2～5cm，最大见20cm，混有少量卵石，粉土充填。③-2卵石：紫红色、灰褐色，稍密～中密状态，分选性一般，磨圆度较好，圆状～次圆状，一般粒径2～5cm，最大约为30cm，中粗砂充填。该层厚度较大，一般大于5m整个场地均有分布。④粉土：灰黄色，中密，很湿。该层埋藏较深，层厚7.6m。⑤卵石：稍密～中密，饱和，中粗砂充填，卵石磨圆度较好，圆状～次圆状，粒径一般粒径2～5cm，最大约为40cm。该层埋藏较深，未揭穿。根据现场勘察，场地内地下水位埋深较深，为17.0m左右， 根据探坑取样进行黄土湿陷性试验，场地内②粉土湿陷系数为0.025～0.13，且随深度增加逐渐减小，上部0～5m湿陷系数平均值为0.092，强烈湿陷性土，下部5～8m湿陷系数平均值为0.043，为中等～强烈湿陷性土；自重湿陷系数为0.006～0.071，上部0～5m自重湿陷系数平均值为0.031，下部5～8m自重湿陷系数变化较大，平均值为0.022。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)，场地内②粉土为自重湿陷性粉土，湿陷等级为Ⅱ(中等)～Ⅲ(严重)。采用②粉土作为基础持力层时须对其进行地基处理。

2 黄土湿陷的产生机理和影响因素,以及常见的地基处理方法

我国建筑业发达，对于任何地质的建筑条件都进行过详细的研究，对于湿陷性黄土也经过了大量的研究，对黄土的工程性质有充分的了解，主要从几个方面掌握了湿陷性黄土的土质特征。第一层次的原因是黄土的结构松散，结构中存在着大量的空隙，多空隙的结构造成黄土的土质疏松，第二层次的原因是黄土中的微粒的不亲水性，由于这种原因导致其中的颗粒的粘连。第三层次的原因是黄土中存在着一定量的可溶解盐分，由于盐的电解作用形成的胶状物对土质的影响。影响黄土湿陷性的因素主要有，粒间组成、土质的干湿度、含水率、可溶解盐以及水胀型矿物质等。

表1 600吨夯击能土质变化

表2 800吨夯击能土质变化

常见的湿陷性黄土的地基处理方案主要有以下几类：(1)垫层法，垫层法是先将基础以下的湿陷性黄土的一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实作为垫层，从而减小地基的压缩变形，提高地基的承载力；(2)挤密桩法，挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，施工时先按设计图纸在基础平面位置布置桩孔，然后将准备好的素土或灰土在最优含水率下分层填入桩内；(3)桩基础法，桩基施工较为复杂，多用于非自重湿陷性黄土；(4)化学加固法，使用硅化加固和碱液加固的方法，主要通过化学反应改变土质的状况，虽然应用较多但是成本大难度大；(5)重锤表面夯实以及强夯法。

3 高级能强夯法加固效果分析

和常规的强夯法不同的是，高级能强夯单次的夯击能一般都在6000kN·m以上，有效加固深度在20米左右，能加固处理多种不同的土质和满足较多的工程实施要求，是在强夯法的基础上发展来的，大大提高了强夯法的经济效益，由于黄土土质的特性是疏松多孔，所以常规的强夯法没有办法对黄土起到有效的加固效果，这里就要用到高能级强夯法，高级能强夯法加固地基的原理一般认为，是将一定的重量的重锤以一定的落距给予地基冲击和振动，从而达到较大的压实度，是在普通的强夯法的基础上，施加更大冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，比如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程，一般强夯法作用于饱和度不高于60%的湿陷性黄土地基。

强夯法的有效加固深度，指强夯以后的地基承载力达到的预期要求，是强夯法在工程应用中的重点，关系到土质能够有效得到改善，为后期的工程施工做好准备，除了锤重和落距，在工程实践过程中，还可能遇到很多因素的影响，强夯法加固地基的有效深度预估公式如下：

其中为预算出来的有效加固深度，W为锤的重量，H为高能级夯锤的落距， α为相对于土体含水量有关的深度修正系数。

4 现场施工实验

通过对现场土质的分析，采用了高能级强夯法，并且对现场进行了高能级强夯的实验，分别采用600吨、800吨的夯击能得到的土质参数对比如表1表2。

通过不同能级的强夯后土质对比分析，我们发现能级越高，土质改善越明显，在一定范围内使得该区域的地基强度提高，孔隙比大大减小，湿陷性完全消除。该220kV变电站通过采用8000kN的夯击能进行地基处理，自投产运行两年来，场地无明显沉降，进一步验证了高能级强夯法在变电站工程中处理湿陷性黄土是切实有效的。

5 结语

在变电站工程处理湿陷性黄土地基加固施工过程中，使用高能级强夯法可有效的消除黄土的湿陷性，而且高能级强夯法施工技术难度小，施工需要的设备和技术相比于其他的地基处理方法较为简便，且施工周期短，经济效益较好。

[1]王永安.变电站强夯处理湿陷性黄土[J].山西建筑,2005,31(12): 69-70.

[2]乔兰,丁余慧,于德水等.强夯法处理路基的加固效果[J].北京科技大学学报,2005,27(6):659-661.