结合工程实例浅析220kv变电站地基处理

摘要：结合工程实例对软土地基的三种地基处理方案进行了分析对比，说明其在工程中的应用效果。

关键词：软土地基；深层搅拌法；高压喷射注浆法；预压法．

1 站址位置

某220kV变电站位于某市，站址东侧约800m有一条河。站址原始地貌单元为滨海堆积地貌，场地经人工开挖成水塘、农田、菜地，附近无污染源。

2 站址工程地质条件

2．1 工程地质条件

根据野外钻探揭露，拟建场地内埋藏的地层及其野外特征由上而下依次描述如下：

(1)人工填土(Qml )① ：分布于整个场地，主要由老填土组成，结构松散，尚未完成自重固结。未经处理不能作为拟建建、构筑物基础持力层。层厚0．30m~2．20m。

(2)第四系海陆交互相(Qmc )沉积淤泥② ：分布于整个场地，含有机质，呈饱和、流塑状态，局部软塑状态。强度很低，压缩性高，属软弱地基土，且其扰动后强度降低很快，未经处理不能作为建筑物基础持力层。层厚3．50～6．20m。地基承载力特征值fak一40～50kPa。

(3)第四系残积(Qel)粉质粘土③ ： 由砾岩风化残积而成，硬塑～ 坚硬状态，具中等的强度及中等的压缩性，是拟建场地内较好的地基土。地基承载力特征值fak一200~220kPa。

(4)下古生界(Pzl)砾岩：按其风化程度不同，划分为全风化、强风化、中等风化、微风化及未风化砾岩五带，岩土勘察揭露到全风化、强风化、中等风化带。全风化砾岩④ 、强风化砾岩⑤ 及中等风化砾岩⑥ 均具有较高强度及较小变形的特点，这三层均可作为建筑物桩基持力层或下卧层。地基承载力特征值分别为fak=300～ 350kPa；fak=400～ 450kPa；fak=1200～ 1400kPa。

2．2 场地稳定性

场地地震基本烈度为7度，场地土的类型属软弱场地土，建筑场地类别为Ⅱ类。本场地属对建筑抗震不利地段，在7度地震力作用下，淤泥②会产生震陷。

3 地基处理方案

3．1 地基处理的必要性

由于站区内存在的约3．5～6．2m 厚的软弱淤泥层，该土层含水量大、压缩性高、强度低、且透水性差。其上部分布层厚0．30～2．20m 的人工填土层， 尚未完成自重固结。场地内自然地面标高约0．46m，场地设计标高为3．80m，故需要回填约3．3m厚的填土， 回填后考虑平均4．5m 的厚度(包括原有人工填土层)， 取土的重度r，为18kN／m3， 淤泥层表面处上层土的自重荷载为：

因此，原有浅层地基若不进行地基处理，在场地内回填土的自重荷载下，会发生地基破坏，产生相当大的沉降和沉降差，影响其上建筑物的正常使用。故必须进行地基处理，以满足地基承载力、地基压缩变形要求。变电站内的综合楼、中心巡检楼、主变基础、110kV 以及220kV架构支架、GIS设备基础等重要的建筑物基础采用预应力管桩。拟建电缆沟、围墙(下设挡土墙)、站内道路、水泵房、消防水池、化粪池等基础下的地基，根据软弱土层的性质、特点，提出几种地基处理方案如下，进行对比。

3．2 深层搅拌法

深层搅拌法是用于加固饱和软土地基的一种方法。是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，而形成水泥土桩复合地基。该复合地基具有整体性、水稳定性和一定的强度。

本工程拟选用水泥作为固化剂，其掺人量为被加固土重的1O%左右， 同时可选用加入具有早强、减水、节省水泥等性能的外加剂。

在进行场地平整施工时，应先清除桩位处地上及地下障碍物，包括大块石、生活垃圾、树根等。然后分层回填、压实，回填平整至场地设计标高。深层搅拌处理的范围包括进站及站内道路、围墙(下做挡土墙)、电缆沟、消防水池、水泵房、化粪池等区域下，按1.0m×1.0m 方格布置，搅拌桩直径声φ5OO，暂定桩长8m， 桩端为淤泥层。复合地基的承载力特征值

式中：复合地基置换率m=0．196；桩截面积A2=0.196m ；桩周长up=1.57m； 桩端天然地基土的承载力折减系数a取0．5；单桩竖向承载力特征值

桩间土承载力折减系数β取0．75；处理后桩间土承载力特征值 fsk取淤泥层的地基承载力特征值45kPa。

经理论计算得出处理后的复合地基承载力特征值fspk=133.6kPa， 满足电缆沟、围墙、道路、水泵房、消防水池、化粪池等建构筑物的地基承载力要求。

水泥搅拌桩的施工质量检验可采取以下两种方法，① 成桩7天后， 采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为桩总数的55% ；② 成桩3天内，采用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数的1% ，且不少于3根。

水泥搅拌桩复合地基竖向承载力检测，应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28天后进行。检验数量为桩总数的0.5 %～1%且每项单体工程不应少于3点。

3．3 高压喷射注浆法

高压喷射注浆法又称“旋喷法”，它是将不同性质的硬化剂(化学药品或水泥)，用压力形成高压喷射流，借助高压喷射流的切削和混合，使硬化剂和土体混合，达到改良土质的目的。

此方法适用处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土等地基。

高压喷射注浆的主要材料为水泥，一般采用425号普通硅酸盐水泥。根据需要，可加入水玻璃等化学辅助材料和掺合剂以及速凝、早强、悬浮等外加剂，以缩短工期。高压喷射注浆处理的范围同水泥深层搅拌法的处理范围。喷浆管按纵、横行距1．0m正方形布置。处理的土层厚度约8．0m。在计算复合地基的承载力特征值

fsk中，除β 的取值， 当水泥深层搅拌法取0．75(O．5～O．9之间)，高压喷射注浆法取0．2 (0～0．5之间)外，其他参数取值相同，同样的条件下，高压喷射注浆法理论计算的复合地基的承载力特征值fsk= 113.7kPa。相比之下，相同条件下，经水泥深层搅拌法处理的地基的承载力高于高压喷射注浆法处理的地基。

3．4 预压法

预压法是对含水量大、压缩性高、强度低、透水性差的软土地基， 在建筑物建造以前， 在场地先行加载预压，在一定的时间内使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的地基处理方法。预压法是排水固结法的一种。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成。如果没有加压系统，土的孔隙中的水没有压力差， 水就不会自然排出，地基就得不到加固，排水系统是一种手段，如果只施加压力， 不缩短土层的排水距离，则会大大延长土层固结的时间，对于缩短工期，加快建设有很大的影响。

本工程场地需回填土约3．5m。预压荷载，可采用场地3m多厚的填土预压。排水系统可同时采用土工无纺布和塑料排水带排水，并在地表铺设与排水竖井相连的砂垫层(厚度不小于500mm)，在预压区边缘设置排水沟， 在预压区内设置与砂垫层相连的排水盲沟。淤泥经2～3个月时间的预压，逐渐排水，土体产生竖向压缩变形，可达到8O %的固结度， 以减少建、构筑物地基的沉降变形量。

施工时， 预压需分级加载， 对加载速率有严格的控制，同时每天要准确的观测土体竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力等，以确保土体正常排水、压缩产生变形，达到预期的固结度。施工过程的质量检验和监测还包括塑料排水带的性能指标的测试，对不同来源的砂井和砂垫层砂料， 必须进行颗粒分析和渗透性试验等。竣工验收检验包括排水竖井处理深度范围内和竖井底面以下的受压土层， 经预压、排水所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求；同时应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，应进行现场载荷试验，试验数量不少于3点。

4 结语

综上所述，水泥深层搅拌法处理软土地基，施工方法简单，工期短，便于检测，质量易保证。高压喷射注浆法主要优点是受土层、土的粒度、密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间的影响较小，适用于淤泥、软弱粘性土、砂石甚至砂卵石等多种土质。也可采用价格便宜的水泥作为固化剂。但此方法对填筑时间很短的人工填土，尤其是堆积松散，含有块石、存在大裂隙的人工填土，本工程存在厚约3．5m的人工填土层，不是优选方案。预压法是处理软土地基的有效方法之一，袋装砂井和塑料排水带在工程中得到越来越广泛的应用。但此方法受到理论发展水平的限制、复杂地质条件、施工及自然界的变化等因素的影响，在工程施工过程中，计算结果和实际不一致的情况时有发生。因此此法可用于非重要建构筑物即建筑场地下的地基处理，但采用此方法所需工期要明显长于前述两种方法。本工程地基处理方案采用水泥深层搅拌法处理场地。

目前，此变电站已投产近一年，运行情况良好，经沉降观察，各项指标满足规范的要求，证明地基处理方案的正确性和可行性，取得了比较好的效果。

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