电力工程变电站

摘要：湿陷性黄土是西北地区常见的一种工程地质问题。根据变电站 工程实践对几种常用地基处理方法的具体应用以及存在的问题进行了论述，振动沉管挤密水泥粉煤灰碎石桩处理，对类似工程的设计具有指导意义。

关键词：湿陷性黄土 地基处理挤密桩

中图分类号：TM727文献标识码：A

1黄土分布及概述

黄土作为一种常见的工程地基，在世界各地分布很广，面积达1 300万km2，约占地球陆地总面积的9．3％。中国黄土主要分布于北纬33°～47°之间，尤以34°～45°之间最为发育。总面积约为63．5万km2，占世界黄土分布的4．9％左右。黄土的堆积厚度为世界之最，其厚度中心在洛河和泾河流域的中下游地区，最大厚度达180～200 m。由此向东西两边逐渐减薄。其分布南始于甘肃南部的岷山、陕西的秦岭、河南的熊耳山、伏牛山，北以陕西白于山、河北燕山为界，西起祁连山，东至太行山。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60％左右，主要分布于黄河中、下游地区，厚度最大达30 m左右。并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。

由于其分布区内工业与民用建筑、水利、农田、铁路、电力、公路工程项目较多，所以涉及到该特殊性土的岩土工程勘察、设计研究成果较多，但也存在某些勘察、设计难点。本文是基于近几年来河南省洛阳、三门峡地区变电站工程湿陷性黄土地基处理及基础设计的实践总结，可供借鉴参考。

2问题提出

中国在解放后对于湿陷性黄土地基处理的实践已有几十年了，具体方法也很多，但归纳起来其基本思路不外乎以下几种：

（1）基本消除基础已有土层的湿陷性；其常用方法有强夯、换土、挤密桩等。这是对于土层较薄（10m以内）时采用的办法。当土层深厚时，常用办法就是预浸水处理。这类办法是通过工程措施，针对湿陷土层本身进行处理，改善其土壤结构和基本特性，以达到消除其湿陷性的目的。这种方法的缺点是对于深厚湿陷性黄土来说，耗时太长，往往影响工期。优点是施工方便，费用较低；

（2）使建筑物基础穿透湿陷性黄土层，传力于湿陷土层以下的持力土层上，达到躲过湿陷性黄土层的目的。常用方法就是桩基，尤以灌注桩为主。这种方法避过了湿陷性土层，使基础传力于湿陷土层以下的持力土层上，相对来说比较安全可靠，所以被广泛应用于比较重要的独立建筑物的基础处理。缺点是投资费用较大；

（3）充分作好建筑物基础的隔水层，使基础湿陷性黄土地基无法浸水，以达到避免地基湿陷的目的。常用的隔水材料有灰土、油毡以及各种PVC和PE膜。这种方法常常用于对基础承载力要求不高的设施，如游泳池、供水管床、渠道等。

特别是国家电网公司提出“两型一化”要求，设计人员取消场地 地面硬化项目，场地排水不畅。使湿陷性黄土地区变电站工程出现地基处理不成熟，造成变电站 地基工程出现不均匀沉降，造成设备构支架倾斜、建筑物裂缝严重影响电网安全运行。

依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），洛阳地区黄土为Ⅴ区河南黄土。该区勘察资料表明：湿陷性黄土厚度5-10米，承载力特征值大于150 KPa，多为非自重Ⅱ级湿陷等级；三门峡地区黄土为Ⅲ区关中黄土。该区勘察资料表明：湿陷性黄土厚度10-15米，承载力特征值多小于150 KPa，多为自重Ⅱ-Ⅲ级湿陷等级。

鉴于上述，对基底压力大的主控楼、主变基础、构支架基础、其承载力、湿陷变形和压缩变形难以满足设计要求，应进行地基处理。湿陷性黄土地基处理常用方法有垫层法、强夯法和挤密法。但垫层法换垫深度小，不能满足消除地基部分湿陷量最小处理厚度要求，且其下卧层顶面承载力特征值也不能满足《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）6.1.7式；强夯法中高夯击能虽然可满足消除地基部分湿陷量最小处理厚度要求，但夯实后的黄土承载力特征值也小于180 KPa，不能满足承载力设计要求；挤密法虽然可满足消除地基部分湿陷量最小处理厚度要求，但依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）14.2.8条：“灰土挤密桩复合地基承载力特征值，不宜大于处理前的2倍，并不宜大于250 Kpa，对土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180 Kpa，则承载力不能满足设计要求。”

3.振动沉管挤密水泥粉煤灰碎石桩法是最佳处理方案

3..1振动沉管挤密水泥粉煤灰碎石桩特点

（1）水泥粉煤灰碎石桩为高粘结强度刚性桩，其受力和变形特性及加固机理与散体的粒料碎石桩和低粘结强度的水泥搅拌桩、灰土挤密桩是不同的。

（2）水泥粉煤灰碎石桩体强度多大于10 KPa，与素混凝土桩无大差别，在承载作用下其压缩性明显比桩间土小。因此，基础传给复合地基的附加应力变形逐渐集中到桩体上，桩土应力比高，特别是桩顶直接为基础混凝土承台条件下最为明显。

（3）水泥粉煤灰碎石桩作为刚性桩，在桩顶直接为基础混凝土承台时，可考虑桩群、桩间土及承合的相互作用效应。

（4）采用振动沉管灌注成桩施工工艺，可有效挤密桩间土，消除其湿陷性。

3.2地基处理方案设计

（1）桩体布置与基于参数

桩平面布置宜按梅花形在基础范围内布桩，桩径400-500mm，桩间距及桩长等均满足上述地基处理要求和设计的承载力，桩体强度10-15 MPa。

（2）承载力计算

基于《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）对各类桩的单桩竖向竖向承载力特征值和复合地基承载力特征值计算公式是基本相同的，则计算结果无大差别，且复合地基承载力计算值远不能满足基底应力300 KPa的设计要求，这就不能区别高粘结强度刚性桩与低粘结强度桩及散体粘料桩受力和变形特征和加固地基处理。致使工程费用高的高粘结强度桩处理设计费用的不合理。为此，提出承载力计算公式如下。

①复合地基桩土应力比公式

该公式计算条件是桩顶直接为基础混凝土承台。计算公式如下：

fspk=[1+m(n-1)]fsk

式中；n-桩土应力比（基于基础尺寸大，布桩数大于4，则n取25）；

m-面积置换率；

fsk-桩间天然地基承载力特征值（KPa），因采用沉管挤密施工工艺，可取桩间土天然地基承载力的1.1-1.2倍。

②复合基桩公式

该公式计算条件同上，可作为非纯端承桩，按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）复合基桩公式计算承载力，即考虑桩群、桩间土和承台的相互作用效应（因采用沉管挤密施工工艺，可消除桩间土湿陷性，不考虑湿陷问题），计算公式如下：

Ra=ηsQsk/γs+ηpQpk/γp+ηcQck/γc

式中：Ra—复合基桩竖向承载力特征值（KPa）；

Qsk、Qpk、Qck—分别为单桩总极限阻力和总极限端阻力特征值（KPa）；为相应于每一复合基桩的承台底地基土极限抗力特征值（KPa）；为基底地基土承载力特征值（KPa）；可取承台下5m深度范围内地基土特征值；n为桩数；Ac为承台底地基净面积（m2）

ηs、ηp、ηc—分别为桩侧阻力群桩效应系数，桩端阻力群桩效应系数和承台效应系数；

γs、γp、γc—分别为桩侧阻力分项系数、桩端阻力分项系数和承台底地基土抗力分项系数。

4．结语

4.1《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）对各类桩的单桩竖向承载力特征值采用摩擦桩计算公式，复合地基承载力特征值采桩体面积置换率公式未区别高粘结强度刚性桩与低粘结强度桩和散体粒料桩受力和变形特性及加固机理，且计算的复合地基承载力特征值远不能满足基底压力大的高填路段涵洞、通道承载力设计要求。

4.2采用沉管挤密施工工艺可有效消除桩间土湿陷性，高粘结强度刚性桩桩顶直接为基础混凝土承台，承台充分发挥桩体承载能力，桩土应力比高，并充分考虑桩群、桩间土和承台的相互作用效应，可大幅度提高承载力满足基底压力大的主变基础、设备构支架、主控楼地基承载力设计要求。

4.3本地基处理方案设计及推荐的计算公式先后在郑西高铁牵引变电站，洛阳高龙变电站湿陷性黄土地基处理中采用，并得到验证，其结果是可行的。

参考文献：

1、JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[s]；

2、GB50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[s]；

3、GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[s]；