大厚度人工填土岩土工程勘察实例——以通海110kV变电站工程为例

范延彬，张秉来，余 焘，甘生军

（中国电建集团青海省电力设计院有限公司，青海 西宁 810008）

1 概述

在城市周围、采矿区等地方分布一些大厚度的人工填土，在建设用地日益紧张的情况下，一些工程不得不在存在人工填土的区域内选址，由于这人工填土的工程性质较差，对修建在其上面的建（构）筑物影响较大，尤其在工程造价和安全性上较明显，所以大厚度的人工填土在岩土工程勘察当中以特殊土对待，准确查明这种特殊土的物理力学性质及分布情况，对拟建建（构）筑物的地基处理工程造价控制及其安全性是一项十分重要的工作。

2 工程概况

工程区位于西宁市湟中区多巴镇大崖沟村西南侧，场地整体表现为东北侧比东南侧略高，据调查该区域原为取砂坑，取砂结束后在砂坑中经人工与机械堆积了大量的填土，场地标高在2376.1～2376.8m之间。

2.1 气象条件

工程区位于青藏高原东部，属大陆性高原半干旱气候，地区年平均气温为6.1℃，极端最高气温36.5℃，极端最低气温为-23.8℃；年降水量为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、暴雨多的特点，年均蒸发量1442.6mm，为降水量的3倍多，近年来受全球气候变暖的影响，该区气温和降水有上升的趋势。

2.2 地质构造及地震

站址区域为新生代西宁断陷盆地的两侧，南北分别为拉脊山和娘娘山背斜褶皱带，受达坂山南麓断裂和拉脊山北麓断裂控制。拉脊山北麓断裂延伸长度达500余公里，走向为NWW向，属压性、压扭性高角度逆冲断裂，倾角35°～55°，倾向S；达坂山南麓断裂延伸长度达130km 以上，走向NW 向，亦属压性、压扭性深大断裂，倾角60°～70°，倾向SW，沿断裂带破碎带宽度100m 左右。区域内北西西向断层主要分布于拉脊山北缘，有多条组成。其中主要的有拉北断层，位于拉脊山北侧，断层走向北西西，倾向南偏西，上盘元古界、古生界逆冲于白垩纪、第三系之上，地貌上基本是中高山和低山的分界线，也是拉脊山与西宁盆地的分界线。站址所处区域无全新世活动断裂通过，区域地质构造稳定，适合建站。

工程区属青藏高原北部地震区、祁连山地震亚区，无不小于5.5 级的地震活动的记录。“西北地区工程地质图说明书（1985年）”区域构造稳定性评价成果表明，该区属现代地质构造活动的稳定—较稳定区。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），站址区域地震动峰值加速度值为0.10g，对应的地震基本烈度Ⅶ度。

3 工程地质条件

拟建站址位于青藏铁路北侧的湟水河Ⅲ级阶地上，地形较平坦，起伏不大，场地标高在2376.1～2376.8m之间。

据现场踏勘调查和本次钻探勘探成果，拟建场地地层结构比较简单，勘察深度内地层自上而下依次为素填土（Q4ml）、圆砾（Q4al+pl），岩性特征及分布简述如下：

①素填土（Q4ml）：黄褐色、杂色，稍湿—湿，为新近填土，结构松散，密实度差，堆积年限8年以上，主要由人工与机械堆积而成的粉质粘性土及粉土为主，主要以粉土和粉质粘土为主，局部为碎石土，混含有大量卵石、圆砾颗粒等，欠固结，均匀性差，5.0m 以下湿—很湿。该层在场地内连续分布，位于②层圆砾上，厚度7.0～9.2m不等。

现场进行了高密度电法测试，其反演结果如图1所示。

图1 高密度电法反演结果（1-1′剖面）（北向南）

根据现场高密度电法测试（1-1′剖面）反演结果（图1），结合钻探揭露，该剖面自北向南水平方向0～20m 范围内填土主要由高阻的碎石土组成，电阻率值介于230～800Ω·m之间，20～100m范围内回填土主要由低阻的粉质粘土组成，电阻率值介于10～60Ω·m 之间，含水量较高。

根据现场高密度电法测试（2-2′剖面）反演结果（图2），结合钻探揭露，该剖面自北向南水平方向0～18m 范围内由低阻的粉质粘土回填组成，18～40m范围内局部回填高阻的碎石土，电阻率值介于360～1050Ω·m之间，40～60m 范围内回填土主要由低阻的粉质粘土及粉土组成，电阻率值介于25～100Ω·m 之间，水平及垂直方向上分布很不均匀。

图2 高密度电法反演结果（2-2′剖面）（北向南）

②圆砾（Q4al+pl）：杂色，很湿—饱和，中密，成份以由花岗岩、砂岩、石英岩等组成，磨圆度一般，呈亚圆状，粒径大于2mm 的颗粒质量占约总质量的60%左右，最大可见粒径约12cm 级配及分选性一般、砂质充填，局部夹有薄层粉质粘土层。该层在场地①层素填土以下分布。本次所有勘探点均揭露出该层，本次勘察最大揭露厚度8.0m，未揭穿。

站址处地下水埋深6.0～7.4m不等，季节变幅±1.0m，地下水属第四系松散岩类孔隙潜水，由大气降水下渗和湟水河水潜流补给。

4 岩土工程分析与评价

4.1 场地稳定性及建筑场地的适宜性评价

拟建场地无滑坡、泥石流、危岩和崩塌、采空区、地面沉降、液化砂层等不良地质作用，场地不受洪水影响，稳定性较好，适宜建筑。

4.2 地基土物理力学特性

依据本阶段勘察和原位测试（标贯和动探试验）成果，①层素填土均匀性、密实度存在较大的差异性，岩土工程特性相对较差；②层圆砾，中密，地基承载力相对较高，是良好的地基持力层。地基土物理力学性质指标统计值见表1。

表1 地基土主要物理力学性质指标

在素填土中取样进行了击实试验，最大干密度为1.74g/cm3，最优含水量为16.3%，见击实曲线图3。

图3 击实曲线图

4.3 地基土及地下水腐蚀性

根据室内土的化学分析实验，地基土平均含盐量为0.24%～0.29%，含盐量均小于0.3%，不属盐渍土。SO42-含量280～560mg/kg，Cl-含量120～220mg/kg，pH=8.3～8.4，地基土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构均具微腐蚀性。

根据水质分析，地下水总矿化度为766.65～778.19mg/L，其中硫酸盐(SO42-)含量为163.14mg/L，氯盐(Cl-)含量为165.44～183.96mg/L，pH 值为8.0～8.1，地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋均具弱腐蚀性。

4.4 地基土冻胀性评价

场地冻深按西宁地区最大冻结深度为113cm，场地地基土在冻深范围内为成分以粉土为主的素填土，天然含水量（W）平均值在10.3%～22..1%之间，场地土在冻结期间地下水位距冻结面最小距离hw＞1.50m，判定场地素填土在冻深范围内平均冻胀率1%＜η≤3.5%，冻胀等级为Ⅱ级，属弱胀冻土。

4.5 地基处理方案

素填土的均匀性、密实度等指标离散性很大、差异性明显，具体表现为欠固结、土质均匀性差、岩性种类较多、颜色较杂乱，主要以粉土和粉质粘土为主，局部为碎石土，结构混乱，互成层状，5.0m 以下湿—很湿。不经处理不宜直接作为天然持力层。本站址经济可行的地基处理可考虑采用重锤强夯法、换土垫层法、高压旋喷桩等。

（1）重锤强夯法。本工程站址附近有已建建筑物、高速公路等，重锤强夯法会对已有建（构）筑物产生不利影响，不适合本工程。

（2）换土垫层法。本工程素填土厚度较厚，换土垫层法不适用。但对于荷载较小的道路及电缆隧道底部，可采用换土垫层法进行地基处理，垫层厚度0.5～1.0m，扩出构筑物边缘0.5m，且不小于b+2ztanθ。

（3）高压旋喷桩复合地基。高压旋喷桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土（流塑、软塑和可塑）、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。本工程重要建（构）筑物采用高压旋喷桩复合地基，其设计参数如下：

桩径：0.6m，桩长：10.5m；

平面布置：独立基础下设置4 根，主变基础下设置6根，消防水池下设置25根。

旋喷施工方法：单管法，喷射高压水泥浆液，采用42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶1，桩顶采用300mm厚级配砂石褥垫层。

5 结论

在建设用地日益紧张的情况下，一些工程不得不在存在人工填土的区域内选址，由于这人工填土的工程性质较差，对修建在其上面的建（构）筑物影响较大，尤其在工程造价和安全性上较明显，所以大厚度的人工填土在岩土工程勘察当中以特殊土对待，故本案例通过多种勘察方法准确查明这种特殊土的物理力学性质及分布情况，并选择了经济可行的地基处理方案,对拟建建（构）筑物的地基处理工程造价控制及其安全性起到了参考作用。