水泥土搅拌桩在芜湖某220kV变电站地基处理中的应用研究

2020-11-02王良会中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司安徽合肥230601

安徽建筑 2020年10期

关键词：粉土干法粘土

王良会（中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥 230601）

1 工程概况

芜湖某220kV变电站工程位于芜湖市无为县日新村乡村道路南侧，交通条件一般。

变电站站址区主要分布的地层为第四系全新统冲积而成的粘性土、粉土、砂土以及第四系全新统冲淤积而成的淤泥质粉质粘土。土层自上而下分述如下。

①层粉质粘土（Q4al）：灰褐、灰黄色，软塑，湿。该层局部分布有少量生物贝壳碎屑。该层顶部0.3m～0.5m为耕植土，结构松散，含有植物根系。

②层淤泥质粉质粘土（Q4al+l）：灰褐、灰黑色，土层颜色由上至下逐渐加深；流塑，饱和；等级轻，含有较多粉粒，局部变相为淤泥质粉土。该层局部夹有薄层粉土或粉砂层，站址由北向南，粉土夹层逐渐增多。

③层淤泥质粉质粘土（Q4al+l）：灰黑、浅灰、灰黄色，土层颜色由上至下逐渐变浅；流塑～软塑状；饱和，等级轻～中，含有较多粉粒，局部变相为淤泥质粉土。该层局部夹有薄层粉土或粉砂层；从竖向分布上看，粉土夹层上多下少，从平面分布上看，站址由北向南，粉土夹层逐渐增多。该层底部主要为灰黄色等级轻粘性土，与等级重粉土层分界不明显。

④层粉土夹粉质粘土（Q4al）：灰黄、浅灰色，湿。粉土呈稍密状，等级中～重，粉质粘土多呈软塑状，等级轻～中。

各土层主要物理力学指标见表1，水泥土搅拌桩复合地基设计参数推荐值见表2。

根据勘测资料，站址场地上部广泛分布有软塑粉质粘土及深厚软塑～流塑的淤泥质粉质粘土等软弱土层，不满足上部结构对地基土强度和变形的要求，需进行地基处理。综合场地地质条件及建设经验，地基处理方案采用水泥土搅拌桩（干法）。为研究水泥土搅拌桩（干法）在本工程场地软土地基处理中的适用性，进行复合地基试验工作。

各土层的主要物理力学性质指标推荐值表1

复合地基设计参数估算表表2

2 复合地基试验设计

水泥土搅拌桩采用干法施工，固化剂采用强度等级42.5MPa普通硅酸盐水泥，掺入比为15%。有效桩长7.5m，桩径500mm，等腰三角形布置，桩间距为1100mm和1141mm。加固土层主要为①层软塑粉质粘土、②层流塑状淤泥质粉质粘土和③层流塑～软塑状淤泥质粉质粘土。水泥土搅拌桩采用一搅一喷+桩顶复搅，复搅范围为停灰面以下4m。

试验区桩位平面布置见下图。水泥土搅拌桩承载力预估值见表3。

3 水泥土搅拌桩施工

水泥土搅拌桩（试桩）施工历时2天完成，共完成水泥土搅拌桩（干法，即粉喷桩）23根，施工机具型号为PH-5A型。

水泥土搅拌桩采用一搅一喷+桩顶复搅的施工工艺。由于场地上部回填土的含水量较低，在进行水泥土搅拌桩施工时，对于上部回填土采取了加水措施。根据施工原始记录统计，单根水泥土搅拌桩(干法)的成桩作业时间为16min～18min，桩头外观质量较好。

试桩区平面布置图

4 水泥土搅拌桩复合地基承载力检测及效果

根据复合地基试验大纲要求，共进行4根单桩竖向抗压静载荷试验和4根单桩复合地基静载荷试验。

对单桩载荷试验成果进行整理，分别绘制QS、Slgt及SlgQ曲线，各试验点的QS曲线均为缓变型，且最大位移量均小于40mm，单桩极限承载力取为最大加载量，试验成果整理汇总见表4。

单桩复合地基载荷试验采用方形承压板，承压板边长为1.1m，复合地基承载力特征值按照相对变形值确定，取为承压板边长的0.008倍（s/d=0.008）即8.8mm作为复合地基承载力特征值，当按相对变形值确定的复合地基承载力特征值超过复合地基承载力极限值或最大加载量的1/2时，复合地基承载力特征值取为复合地基承载力极限值或最大加载量的1/2。

水泥土搅拌桩承载力预估值表3

单桩载荷试验成果一览表表4

各试验点p-s曲线均为缓变型曲线，复合地基极限承载力按相对变形值s/d=0.05即沉降量为55mm确定，同时复合地基极限承载力不超过最大加载量。复合地基试验成果如表5所示。复合地基静载试验成果汇总如表6。

5 结论与建议

①水泥土搅拌桩(干法)施工采用固化剂为42.5MPa普通硅酸盐水泥，掺入比为15%，搅拌桩桩径500mm，等腰三角形布置，桩间距为1100mm和1141mm，设计桩长为7.5m。共进行4根单桩静载荷试验和4个单桩复合地基静载荷试验。

②水泥土搅拌桩试验主要成果如表7。

③水泥土搅拌桩设计

通过分析本次复合地基试验结果，水泥土搅拌桩（干法）施工工艺用于本场地是适合的，在后期工程桩设计时，水泥土搅拌桩宜采用干法，水泥掺入比宜采用15%。桩土面积置换率不应低于18.4%，为使水泥土搅拌桩与地基土组成复合地基共同发挥承载作用，并防止不均匀沉降，桩顶应设置褥垫层，褥垫层厚度宜大于20cm，可采用中粗砂、砾砂、碎石、卵石等散体材料，当采用碎石、卵石时宜掺入20%30%的砂。

④水泥土搅拌桩施工

复合地基的加固效果与施工质量密切相关，应加强施工质量的控制和管理。从试验结果来看，水泥土搅拌桩施工宜采用一搅一喷+桩顶复搅的工艺，复搅范围不少于2m，为保证水泥与土充分搅拌，应控制提升速度和搅拌头搅拌速度，保证搅拌头搅拌一周时提升高度不超过16mm。另外，由于场地上部回填土的含水量较低，水泥无法完成水化反应，当搅拌桩在回填土中施工时，应采取加水措施。

考虑到桩头施工时往往由于上覆压力不足造成施工质量难以控制，建议工程桩施工时桩顶在施工地面以下0.5m，同时在基础施工时上部0.5m桩头应予开挖破除。