復合地基在變電站地基處理中的應用

張源航

【摘要】復合地基是指天然地基在地基處理過程中，土體得到加強或土體得以置換，以提高承載力。變電站建設中，經常會遇到地基承載力不滿足設計要求的不良地基，這就需要進行地基處理。

【關鍵詞】地基處理；砂石樁；振沖法；強夯法

以某變電站為例，對復合地基在變電站地基處理中的應用加以闡述。

1站址概況

站區方案采用全戶內GIS布置，主要建構筑物為：主控綜合樓、水泵房、事故油池及水池，主控綜合樓為三層框架結構、水泵房為帶地下室一層框架結構。基礎埋深：主控綜合樓 -3.0米；水泵房-3.0米。承載力特征值達到150～200kPa可滿足建構筑物的要求，但主控綜合樓對不均勻沉降的要求相對較高。根據設計要求，該站址回填土高度為4～5m。

2地質情況

本站址主要巖土層共有四層，各巖土層的工程特性如下：

1）素填土（①-1）：主要由黏性土組成，局部可見少量磚塊。該層主要由開挖魚塘的棄土堆積而成，結構松散，物理力學性質較差，且主要分布于魚塘埂，不得作為天然地基持力層。

2）粉質黏土（①-2）：該層呈層狀廣泛分布于場地土的上部，本層層厚較小，地基承載力特征值綜合取值為160.0kPa～200.0kPa。該層具有中壓縮性及較高的地基承載能力，可滿足一般建（構）筑物的天然地基設計需要。

3）粉砂（①-3）：該層呈層狀廣泛分布于下伏基巖的上部，厚度多在3.0m左右，最大層厚達4.5m（1K5孔），地基承載力特征值綜合取值為140.0kPa～170.0kPa。該層具有低壓縮性特點，但其承載能力稍差，能滿足較輕型的建（構）筑物的天然地基設計需要。

但本層粉砂（①-3）層在工程場地內四個勘探孔中有三個液化孔，均屬輕微液化等級。詳見下表

4）泥巖 ② ：該層廣泛分布于場地土的下部，地基承載力特征值綜合取值為250.0kPa～300.0kPa。具有好的物理力學性質及高的地基承載能力，是良好的天然地基持力層。

根據以上描述，該站址存在以下問題：

1. 地處養魚塘，須將魚塘底部軟塑～流塑狀態的淤泥清除；

2. 回填土較厚，需4～5m高。

3方案比較

結合本工程的特點和現有地質資料，經考慮采用復合地基中的砂石樁法、振沖樁法對地基進行處理。為具有一定的經濟性和可操作性，將分別從地基處理的優缺點、樁基設計、施工工藝等方面進行論述。

3.1地基處理原理及特點

3.1.1砂石樁法

砂石樁又稱擠密樁，該處理方法適用于處理松散砂土、粉土、黏性土、填土、液化土地基，處理深度在5～15米，過深則壓實困難。根據上述地質情況的描述，非常適用于本工程。當用于消除粉細砂及粉土液化時，宜采用振動沉管擠密樁。采用砂石做為填料。

振動沉管擠密砂石樁是利用常規的沉管灌注樁所用的沉管設備，在成孔過程中沉管對土的橫向擠密及振密作用，是土體向樁周擠壓，樁周土體得以擠密，同時分層填入并夯實砂石，形成砂石樁，振動拔管后使得土體與樁共同組成復合地基。由于擠密樁是通過振動沉管將相同體積的土體擠開灌入砂石料，因而擠密效果較佳，施工中無土體流失，土體被"強制"灌入砂石料，使土體密實度大幅提高，承載力大大提高，因此能有效的抑制地基沉降，改善建構筑物的結構穩定。

一方面砂石樁可以像砂井一樣起排水作用，因此加快了地基的固結沉降速度，另一方面由于設置了砂石樁形成豎向良好的排水通道，可以加速孔隙水壓力的消散，因此有減少地震液化的功能，達到抗震效果。

但該樁對周圍建構筑物的振動擠壓影響稍大。

3.1.2振沖法

振沖法適用于處理砂土和不排水抗剪強度不小于20kPa的黏性土、粉土、液化土和填土，以及工程中水位較高且對承載力要求較低的工程。也適用于本工程。

振沖法是利用能產生水平向振動的振動器，在高壓水壓的作用下邊振動邊沖，在軟弱地基中成孔，再在孔內分批填入砂石料等堅硬材料，振動器上拔形成樁體，最終使砂石樁體與原狀土體構成復合地基。形成的復合地基以及樁與樁間的相互約束適當增大了地基的整體剛度，從而提高地基的承載力，減少地基的沉降。

3.2樁基計算

3.2.1砂石樁法

根據《建筑地基處理技術規程》（JGJ79-2012）要求，擠密樁的布置應大于基礎輪廓范圍，且當處理液化地基時，宜在基礎外緣各布置3排樁，且超出基礎外緣的寬度不應小于5m。本工程兩個站址電氣布置都屬于比較緊湊的方案，故決定兩個站址均滿布擠密樁，即有利于建構筑物的不均勻沉降，又便于施工。樁長約7～9米，樁徑選用500，樁間距s=1.08√A e =1.22，取1米，采用三角形布樁。本站址布樁7208根。

根據《建筑地基處理技術規范》的相關規定，經計算，置換率為0.227，地基的承載力特征值為202 kPa，壓縮模量Esp為10.25 MPa。可以看出，經過擠密樁處理后，地基承載力有明顯改善，且滿足主控綜合樓對變形的要求。能有效的抑制地基沉降，改善建構筑物的結構穩定。

3.2.2振沖法

根據《建筑地基處理技術規程》（JGJ79-2012）要求，振沖樁的處理范圍應大于基礎輪廓范圍，宜在基礎外緣擴大1～2排樁，且當處理液化地基時，在基礎外緣擴大寬度不應小于基底可液化圖層厚度的1/2。考慮總平面布置較緊湊，且施工方便的情況下，決定兩個站址均滿布振沖樁。本工程兩個方案樁長均在7～9米，根據上述規范要求，選用樁徑500，布樁間距1.0米，等邊三角形布樁。本站址布樁7208根。

其置換率、復合地基承載力及復合土的壓縮模量計算與擠密樁法同。同樣：振沖樁處理后的地基承載力有明顯改善，且滿足主控綜合樓對變形的要求。能有效的抑制地基沉降，改善建構筑物的結構穩定。

3.3施工工藝

3.3.1砂石樁法

由于擠密樁至往土體中"強制"灌入填料，施工后期土體會越來越密實，沉管越來越難，因此，施工的施打順序和選用樁型尤為重要，一般施打順序以從中往四邊順打或由一邊向另一邊順打。樁型可以在施工后期可改用功率較大的樁機。擠密樁還可以利用微機對起沉管內的砂面進行跟蹤，以控制投料量，判斷成樁密實情況和是否出線斷樁現象，最終保證施工質量。

3.3.2振沖法

振沖樁施工中需要適用大量水，將產生大量泥漿，因此，在配備高壓水泵及充足水源的同時，為防止大量泥漿流失，污染環境，需合理布置排泥溝和污泥泵，泥漿匯集于沉淀池后，沉淀，清水再利用，污泥外運。施工前準備工作麻煩。振沖樁是利用高壓水成孔，所以對控制水量及水壓尤為重要，水量在成孔初期要大些，隨著孔的形成，慢慢減小水量；水壓視土體強度、成孔深淺做相應調整，土體強度大，水壓宜大，反之宜小。因此施工中操作復雜。另外：振沖樁是先成孔，后加填料，填料從上往下倒入的過程中，有部分粘在孔壁，未落到樁底，則需要加更大的填料，每根樁的總填料難以控制。

1.4方案推薦

（1）從原理上：振動沉管擠密碎石樁法比振沖法對土體的"強制"作用更佳。

本工程兩個站址周圍現階段均無建構筑物，擠密樁法對周圍建構筑物的振動擠壓影響可不考慮。

（2）樁基計算：振動沉管擠密碎石樁法和振沖法均能有效提高地基承載力，滿足建構筑物沉降及變形要求，滿足地基處理的結果。

（3）施工工藝：振沖法在施工前期需修建多條排泥溝，施工中對水量及水壓的控制操作麻煩，且每根樁的總填料難以控制。振動沉管擠密碎石樁法則不存在這些問題。

總上所述，推薦砂石樁法做為站址地基處理的方法。

參考文獻

[1] 地基處理手冊. 中國建筑工業出版社. 2008-6-1

[2] 復合地基樁處理技術. 中國建筑工業出版社. 2011-5

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