高能級強夯法在變電站工程處理濕陷性黃土地基的應用研究

冷輝平 王春平

【摘 要】黃土的濕陷性是因為黃土受到壓力后因為水的浸濕而發生土質結構破壞的現象，在該類土質的施工建設中，進行地基處理是非常有必要的，通過對濕陷性黃土濕陷原因和詳細的土質分析，結合高級能強夯法的加固效果，綜合經濟效益和工程施工技術分析，對變電站處理濕陷性黃土地基的處理，提出高能強夯法的施工方案。

【關鍵詞】高級能強夯法 變電站工程 濕陷性黃土 地基加固

1 工程地質概況

新疆某220kV變電站工程位于山凹中，該變電站所在的地區的地貌類型為黃土，地勢比較平坦，據地質調查和鉆探揭露，站址場地內地層與巖性從上至下為：①植被土：灰褐色，松散～稍密，含較多植物根莖，分布于整個場地，厚度較小，一般在0.5m左右，工程性質差。②粉土：灰黃色，稍濕，稍密，無光澤反應，干強度，韌性低，手捏易碎，局部夾少量碎石。該層整個場地均有分布，層厚一般7～12m。③-1圓礫：紫紅色、灰褐色，稍密狀態，分選性較差，磨圓度較好，圓狀～次圓狀，一般粒徑2～5cm，最大見20cm，混有少量卵石，粉土充填。③-2卵石：紫紅色、灰褐色，稍密～中密狀態，分選性一般，磨圓度較好，圓狀～次圓狀，一般粒徑2～5cm，最大約為30cm，中粗砂充填。該層厚度較大，一般大于5m整個場地均有分布。④粉土：灰黃色，中密，很濕。該層埋藏較深，層厚7.6m。⑤卵石：稍密～中密，飽和，中粗砂充填，卵石磨圓度較好，圓狀～次圓狀，粒徑一般粒徑2～5cm，最大約為40cm。該層埋藏較深，未揭穿。根據現場勘察，場地內地下水位埋深較深，為17.0m左右， 根據探坑取樣進行黃土濕陷性試驗，場地內②粉土濕陷系數為0.025～0.13，且隨深度增加逐漸減小，上部0～5m濕陷系數平均值為0.092，強烈濕陷性土，下部5～8m濕陷系數平均值為0.043，為中等～強烈濕陷性土；自重濕陷系數為0.006～0.071，上部0～5m自重濕陷系數平均值為0.031，下部5～8m自重濕陷系數變化較大，平均值為0.022。依據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025-2004），場地內②粉土為自重濕陷性粉土，濕陷等級為Ⅱ（中等）～Ⅲ（嚴重）。采用②粉土作為基礎持力層時須對其進行地基處理。

2 黃土濕陷的產生機理和影響因素，以及常見的地基處理方法

我國建筑業發達，對于任何地質的建筑條件都進行過詳細的研究，對于濕陷性黃土也經過了大量的研究，對黃土的工程性質有充分的了解，主要從幾個方面掌握了濕陷性黃土的土質特征。第一層次的原因是黃土的結構松散，結構中存在著大量的空隙，多空隙的結構造成黃土的土質疏松，第二層次的原因是黃土中的微粒的不親水性，由于這種原因導致其中的顆粒的粘連。第三層次的原因是黃土中存在著一定量的可溶解鹽分，由于鹽的電解作用形成的膠狀物對土質的影響。影響黃土濕陷性的因素主要有，粒間組成、土質的干濕度、含水率、可溶解鹽以及水脹型礦物質等。

常見的濕陷性黃土的地基處理方案主要有以下幾類：（1）墊層法，墊層法是先將基礎以下的濕陷性黃土的一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實作為墊層，從而減小地基的壓縮變形，提高地基的承載力；（2）擠密樁法，擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時先按設計圖紙在基礎平面位置布置樁孔，然后將準備好的素土或灰土在最優含水率下分層填入樁內；（3）樁基礎法，樁基施工較為復雜，多用于非自重濕陷性黃土；（4）化學加固法，使用硅化加固和堿液加固的方法，主要通過化學反應改變土質的狀況，雖然應用較多但是成本大難度大；（5）重錘表面夯實以及強夯法。

3 高級能強夯法加固效果分析

和常規的強夯法不同的是，高級能強夯單次的夯擊能一般都在6000kN·m以上，有效加固深度在20米左右，能加固處理多種不同的土質和滿足較多的工程實施要求，是在強夯法的基礎上發展來的，大大提高了強夯法的經濟效益，由于黃土土質的特性是疏松多孔，所以常規的強夯法沒有辦法對黃土起到有效的加固效果，這里就要用到高能級強夯法，高級能強夯法加固地基的原理一般認為，是將一定的重量的重錘以一定的落距給予地基沖擊和振動，從而達到較大的壓實度，是在普通的強夯法的基礎上，施加更大沖擊能量，使土體發生一系列的物理變化，比如土體結構的破壞或排水固結、壓密以及觸變恢復等過程，一般強夯法作用于飽和度不高于60%的濕陷性黃土地基。

強夯法的有效加固深度，指強夯以后的地基承載力達到的預期要求，是強夯法在工程應用中的重點，關系到土質能夠有效得到改善，為后期的工程施工做好準備，除了錘重和落距，在工程實踐過程中，還可能遇到很多因素的影響，強夯法加固地基的有效深度預估公式如下：

其中 為預算出來的有效加固深度，W為錘的重量，H為高能級夯錘的落距， 為相對于土體含水量有關的深度修正系數。

4 現場施工實驗

通過對現場土質的分析，采用了高能級強夯法，并且對現場進行了高能級強夯的實驗，分別采用600噸、800噸的夯擊能得到的土質參數對比如表1表2。

600噸夯擊能土質變化表1

土層 狀態 干密度ρ（g·cm-3） 孔隙比e0 濕陷系數

粉質黏土層

粉質黏土層 夯前

夯后 1.26-1.34

1.45-1.80 1.15～1.33

0.49-0.69 0.025～0.13

0.001-0.027

800噸夯擊能土質變化表2

土層 狀態 干密度ρ（g·cm-3） 孔隙比e0 濕陷系數

粉質黏土層

粉質黏土層 夯前

夯后 1.26-1.34

1.52-1.94 1.15～1.33

0.37-0.56 0.025～0.13

0.001-0.012

通過不同能級的強夯后土質對比分析，我們發現能級越高，土質改善越明顯，在一定范圍內使得該區域的地基強度提高，孔隙比大大減小，濕陷性完全消除。該220kV變電站通過采用8000kN的夯擊能進行地基處理，自投產運行兩年來，場地無明顯沉降，進一步驗證了高能級強夯法在變電站工程中處理濕陷性黃土是切實有效的。

5結語

在變電站工程處理濕陷性黃土地基加固施工過程中，使用高能級強夯法可有效的消除黃土的濕陷性，而且高能級強夯法施工技術難度小，施工需要的設備和技術相比于其他的地基處理方法較為簡便，且施工周期短，經濟效益較好。

參考文獻：

[1]王永安.變電站強夯處理濕陷性黃土[J].山西建筑，2005，31（12）：69-70.

[2]喬蘭，丁余慧，于德水等.強夯法處理路基的加固效果[J].北京科技大學學報，2005，27（6）：659-661.