勁性體復合地基在變電站工程中的應用

敖斌張李黎夏凱

（1.安徽華電工程咨詢設計有限公司安徽合肥2300222.中國能源建設集團安徽省電力設計院安徽合肥230022）

勁性體復合地基在變電站工程中的應用

敖斌1張李黎2夏凱1

（1.安徽華電工程咨詢設計有限公司安徽合肥2300222.中國能源建設集團安徽省電力設計院安徽合肥230022）

本文以六安孫崗110kV變電站工程為例，通過比較勁性體（PST樁）復合地基和常規（CFG樁）復合地基之間的技術經濟性能，最終確定勁性體（PST樁）復合地基這一新型地基處理方案綜合技術經濟性能較優，作為本站的地基處理方案。

勁性體復合地基；常規復合地基；PST樁；CFG樁；新型；技術經濟性能

勁性體復合地基是剛性樁復合地基中的一種，由剛度較大的預制混凝土勁性體和樁間土組成且共同承擔上部荷載的一種新型復合地基。該新型復合地基工作原理為：在上部荷載作用下，大部分荷載由勁性體承受。由于勁性體本身屬于擠土樁，樁周摩阻力能夠得到充分發揮，端阻力又隨著時間增加和樁周摩阻力的發揮而逐漸提高。同時樁頂褥墊層發揮調節作用樁間土和樁身逐漸進入共同工作狀態，逐漸形成復合地基。勁性體復合地基具有承載力高、沉降變形小、地基承載力調整幅度大、施工周期短以及環境污染小等一系列優點，適用于處理粉土、沙土、粘土等地基，適用范圍較廣。

1 六安孫崗110kV變電站工程概況

本文以六安孫崗110kV變電站工程為模板，進行復合地基的設計研究。變電站為戶外變電站，站內主要建筑物為兩棟單層配電裝置室；變電站內構筑物主要有：主變壓器基礎、電容器基礎、二次設備艙基礎、構架基礎和圍墻基礎等。站址區域地基土分布及相關從參數如表1～2。

表1 各土層名稱及特性列表

表2 樁基設計參數

根據基礎埋深和上部建筑荷載重量，選取第②層粉質粘土做樁端持力層，初步估算建筑物基底壓力標準值Pk≥140kPa，設備基礎基底壓力標準值Pk≥120kPa。

2 地基處理方案選擇及設計

本次重點對勁性體（PST樁）復合地基、水泥土攪拌樁（CFG樁）復合地基這兩種適合本工程的地基處理方案進行比較，通過技術、經濟性能分析來判別兩種方案方案的優劣。

2.1 勁性體（PST樁）復合地基

2.1.1 構造要求

本工程勁性體復合地基采用靜壓成樁，選擇②層粉質粘土作為樁端持力層，樁長9m。樁徑取300mm，勁性體屬于擠土樁，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008），非飽和土、飽和非黏性土上的擠土樁最小中心距應取3.5d或4.0d。本工程樁間距取為1.0m，樁位排列采用正三角形布置。

根據規范要求，樁頂和基礎之間應設置褥墊層，褥墊層厚度宜為0.4～0.6倍樁徑，褥墊層材料采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。本方案考慮采用級配砂石褥墊層，厚度取為300mm。

2.1.2 單樁豎向承載力特征值計算

單樁豎向承載力特征值Quk按下式估算：

式中：αp為樁端端阻力發揮系數，取1.0。經計算：

Quk=1802.9+222.66=404.75kN

單樁豎向極限承載力特征值Ra=Quk/K=Quk/2=202.37kN≈200kN

2.1.3 復合地基承載力計算

勁性體復合地基承載力特征值，一般應通過現場復合地基載荷試驗確定，本方案按下式進行估算：

式中：λ為單樁承載力發揮系數，取1.0；m為面積置換率，正方形布樁，m=d2/de2=0.0816；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ap為樁截面積，β為0.0707m2；為樁間土承載力折減系數，取0.9；fsk為處理后樁間土承載力特征值，粉土可取天然地基承載力特征值60kPa。

fspk=1.0×0.0816×202.37/0.0707+0.9×（1-0.0816）×60=250kPa

承載力可滿足上部結構要求（見圖1）。

2.2 水泥土攪拌樁（CFG樁）復合地基

2.2.1 構造要求

根據規范要求，固化劑選用強度等級32.5級以上的礦渣硅酸鹽水泥，水泥摻量宜為12～20%；樁徑取600mm，采用300mm厚級配砂石褥墊層（最大粒徑不大于20mm），樁排列采取正三角形布樁型式，樁間距1.8m。

圖1 PST樁樁位平面布置圖

2.2.2 單樁豎向承載力特征值計算

單樁豎向承載力特征值Quk按下式估算：

式中：αp為樁端端阻力發揮系數，取1.0。經計算：

Quk=356.26+152.68=508.94kN

單樁豎向極限承載力特征值Ra=Quk/K=Quk/2=254.47kN≈250kN

2.2.3 復合地基承載力計算

勁性體復合地基承載力特征值，一般應通過現場復合地基載荷試驗確定，本方案按下式進行估算：

式中：λ為單樁承載力發揮系數，取0.8；m為面積置換率，正方形布樁，m=d2/de2=0.2819；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ap為樁截面積，β為0.2816m2；β為樁間土承載力折減系數，取0.85；fsk為處理后樁間土承載力特征值，粉土可取天然地基承載力特征值60kPa。

fspk=0.8×0.2819×250/0.2816+0.85×（1-0.2819）×60=236kPa

承載力可滿足上部結構要求。

結合以上分析，通過選擇合理的樁型和采取必要的構造措施，復合地基兩種方案時均能滿足地基承載力要求，同時勁性體（PST樁）復合地基在樁徑較小、間距較密的情況下，可以提供較高的地基承載力。

3 不同方案經濟性比較

下面結合工程實際，通過產生的總費用、工程建設周期等參數來分析不同地基處理方案的經濟性能（見表3～4）。

表3 勁性體復合地基與水泥土攪拌樁復合地基經濟對比分析

通過以上表格的對比不難發現，此項目設計勁性體（PST樁）復合地基比水泥土攪拌樁（CFG樁）復合地基節省造價2656500元–2133000元=523500元，即節約了總造價的24%，經濟性能優異；同時勁性體（PST樁）復合地基施工總工期可比水泥土攪拌樁（CFG樁）復合地基有效縮短8～21d，相應的工程貸款利息和管理費用大為節省。

表4 勁性體復合地基與水泥土攪拌樁復合地基工期對比分析

4 小結

綜上所述，勁性體（PST樁）復合地基作為一種新型的地基處理方式，不僅具有地基承載力調整幅度大、沉降變形小、施工周期短以及環境污染小等一系列優點，而且同傳統的地基礎處理方案可大幅降低工程造價，縮短工程建設周期，是一種技術經濟綜合性能較為優秀的一種地基處理方案。在基礎持力層范圍內主要為粉土、沙土、粘土等土質的工程場地，可作為一種優選的地基處理方案采用。

[1]《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）.

[2]《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）.

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[9]周龍翔，童華煒，王夢恕，張頂立.復合地基褥墊層的作用及其最小厚度的確定[J].巖土工程學報，2005（07）.

TM63

A

1004-7344（2016）28-0061-02

2016-9-24

敖斌（1984-），男，江西新余人，土建工程師，碩士，研究方向為變電站土建設計等。

張李黎（1985-），女，安徽淮南人，土建工程師，碩士，研究方向為輸變電工程結構設計等。

夏凱（1985-），男，湖北浠水人，土建工程師，碩士，研究方向為變電站土建評審等。