某含大孤石深填方变电站地基处理方案设计

某含大孤石深填方变电站地基处理方案设计

赖华勇

（国网江西省电力有限公司经济技术研究院江西南昌330043）

摘要：山区变电站场地平整难免深挖高填，其地基条件通常无法达到直接利用的状态。本文简要介绍某变电站地质条件，分析比较了不同地基处理方法的优缺点，并且提出了有针对性的处理方案。

关键词：变电站；深填方；强夯法

1引言

变电站土建设计不仅要保证上部结构的稳定、安全、适用，更应关注地基处理质量。上部设备运行环境和安全很大程度上被地基处理质量所制约，所以从技术上解决地基土软弱问题至关重要。所以质高价优地完成地基处理对于整个项目建设目标的实现具有重要意义。

2工程简介

某新建220kV变电站站址原状为剥蚀构造丘陵地形，有一条冲沟在中部自北向南穿过，地形标高一般为235～275m，自然高差15～40m，地形坡度20～30°，山脊宽厚，连续性差，沟谷呈“U”形。经场地平整后，场地设计标高为257m，填方最大深度不超过15m。

据勘测报告，场地地层结构由人工填土层、强风化砂砾岩组成。按其岩性及工程特性，自上而下依次划分为①素填土、②强风化砂砾岩，以下分别予以阐述：

1.人工填土层

①素填土：紫红色，松散，回填时间较短，成份为砂砾岩风化碎屑，多成砂状、碎块状，局部含大块状砂砾岩，厚度较大，无规律性。揭露层厚为1.80～14.70m，平均厚度为6.56m，主要分布于站址中部。

2.白垩系

②强风化砂砾岩：紫红色，砂质结构，中厚层构造，风化强烈，裂隙发育，失水干裂，岩芯多成砂土状、碎块状,局部呈短柱状。揭露层厚为2.20～6.50m，平均厚度为4.50m。

该变电站站址环境相对独立，周边自然村落均与站址的距离在600m以外。变电站施工影响范围内无管涵、光缆、给排水等公用设施。

3地基处理方法比较

经粗选后，适合本场地中部深填方区建（构）筑物的地基处理方案有振冲碎石桩、桩基方案、强夯法等，以下对这几种处理方案分别进行技术比较[1]。

3.1振冲碎石桩

振冲碎石桩对不同性质的土层分别具有置换、挤密和振动密实等作用[2]。桩和桩间土构成复合地基，使地基承载力提高，变形减少。

本工程需要加密的是①素填土，可采用加填料（碎石）的振冲置换桩，既加密又置换。振冲碎石桩直径一般采用800mm，桩间距1800mm，桩排距相应为1560mm，正三角形布置，桩长以桩底标高和桩顶标高共同确定。振冲碎石桩复合地基由桩体、桩间土共同承载，承载力特征值fak能达到250kPa以上。

对填方厚度较大的场地中部深填方区，以②强风化砂砾岩为持力层，考虑0.5m的褥垫层后，设备构支架的桩长最长约14m，此区域面积约4000m2。根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012第7.2.4条，振冲桩的桩长不宜小于4m，因此基底至持力层顶距离小于3.5m的区域还需采用毛石砼换填方式补充。

3.2桩基方案

适合本工程的桩基方案有钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩和PHC管桩。

3.2.1钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是在地质条件复杂、持力层埋藏深、地下水位高等不利于人工挖孔及其他工艺成孔的情况下比较好的工艺选择。本工程若采用钻孔灌注桩，首先站址处土体松散，成桩质量很难保证；其次，桩基施工用水量较大，工程开始之初水源不好解决，文明施工条件也差；第三，钻孔灌注桩直径较小（都小于800mm）、桩短又不便扩底，无论单桩竖向承载力或单桩竖向抗拔承载力，由桩测摩阻力提供的比重有限；第四，钻孔灌注桩存在清除孔底沉渣、泥皮困难，影响桩基承载力充分发挥的缺点。

因此，本工程不推荐采用钻孔灌注桩。

3.2.2人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩适用于能够进行局部疏干排水的地层。施工时无噪声、无振动，对周围环境影响较小。本工程站址处土体松散，若采用人工挖孔桩，深填方区所需桩长较大，人员作业安全风险高，同时护壁工程量大；与钻孔灌注桩相比，人工挖孔灌注桩所需桩径较大，为便于人工操作和安全起见，根据桩长桩径最小也需要800mm～1000mm。除构架承受上拔荷载需要较大的桩径或扩底桩外，对于大量承载力要求比较低，对不均匀沉降限制比较严格的电气设备基础而言，大直径桩有些浪费。

3.2.3PHC管桩

施工时在含有较多孤石和障碍物的地层地质条件下容易出现断桩、裂缝、桩身倾斜等质量事故，本工程中应特别注意。若出现大块孤石抵压难以锤击施工的现象，可避开孤石在临近位置下桩。

综上所述，考虑工期和造价因素，本场地不采用钻孔或人工挖孔扩底灌注桩等灌注桩，考虑PHC管桩应注意防范断桩风险。

3.3强夯法

强夯法是为提高软弱地基的承载力，用重锤自一定高度下落夯击土层，给地基以冲击和振动能量，使地基迅速固结的方法。适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土地基。经过处理后的地基既提高了地基士的强度、又降低其压缩性，同时还能改善其抗振动液化的能力。强夯法加固效果显著、施工质量易控制、工程造价也较低、施工文明。

该变电站站址环境相对独立，周边自然村落均与站址的距离在600m以外，在采取减小噪声措施后不会影响邻近生活及生产；填方区土为较粗颗粒土，填方最大深度不超过15m，施工现场距原有建筑物在足够的安全距离，是强夯法最适宜的条件

3.4分析比较

以上几种地基处理方法优缺点见表：

根据地质勘查报告，上部填土层多成砂状、碎块状，局部含大块状砂砾岩，厚度较大，无规律性，若采取PHC桩，断桩可能性较大，且填土松散，不容易判断桩体是否进入持力层，沉降不易控制，为后期运行留下安全隐患，因此不建议采用PHC管桩。其他桩基方案施工周期较长，无法满足项目进度要求。

由于本工程要求施工周期短、施工质量要求严格，理论上不具备采用钻孔人工挖孔灌注桩、振冲碎石桩的条件。强夯法能在地基的表层形成硬壳层，对于提高地基的整体性和地基刚度效果明显，有助于消除场地内不均匀沉降。就本工程深填方区平面形状不规则、填土厚度不均匀的特点，兼顾填方区电缆沟、道路、空场地及工期要求，本工程适合采用强夯法。

综上所述，场地中部深填方区拟采用“强夯+强夯置换”方案；场地中部填方厚度较小的区域构支架采用“强夯”即可。

4.岩土工程性质评价

由于变电站原状地形中部有一条冲沟从中穿过，工业园区土石方施工单位在施工过程中未将部分区域冲沟淤泥先清除干净，加之阴雨天气频繁，该区域在强夯过程中呈现出了“橡皮土”特征，导致强夯施工无法继续进行。经研究后建议施工单位利用晴天将上部含水率较高的土挖出，之后用含水率较低的土填实，并在雨期用防水布遮挡，同时做好排水工作。

根据强夯后标准贯入试验、静力触探及重型动力触探检测数据，在检测深度范围内，强夯及强夯置换处理后填土承载力特征值及有效加固深度均可满足设计要求。

5.结语

在土地资源供应紧张的条件下，并结合变电站的选址要求和特点，各设计阶段通常需要考虑一定的挖方、填方或边坡治理工程量。变电站站址可能需要考虑石方开挖、填方区和高边坡治理。本工程同时具备以上特征，站址地址条件具有典型性，可供其他新建变电站设计方案参考。

参考文献：

[1]电力工程地基处理技术规程，DL/T5024-2005

[2]建筑地基处理技术规范，JGJ79-2002