大厚度人工填土巖土工程勘察實例
——以通海110kV變電站工程為例

范延彬，張秉來，余 燾，甘生軍

（中國電建集團青海省電力設計院有限公司，青海 西寧 810008）

1 概述

在城市周圍、采礦區等地方分布一些大厚度的人工填土，在建設用地日益緊張的情況下，一些工程不得不在存在人工填土的區域內選址，由于這人工填土的工程性質較差，對修建在其上面的建（構）筑物影響較大，尤其在工程造價和安全性上較明顯，所以大厚度的人工填土在巖土工程勘察當中以特殊土對待，準確查明這種特殊土的物理力學性質及分布情況，對擬建建（構）筑物的地基處理工程造價控制及其安全性是一項十分重要的工作。

2 工程概況

工程區位于西寧市湟中區多巴鎮大崖溝村西南側，場地整體表現為東北側比東南側略高，據調查該區域原為取砂坑，取砂結束后在砂坑中經人工與機械堆積了大量的填土，場地標高在2376.1～2376.8m之間。

2.1 氣象條件

工程區位于青藏高原東部，屬大陸性高原半干旱氣候，地區年平均氣溫為6.1℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫為-23.8℃；年降水量為398.8mm，降水分配不均，多集中于夏季（5～9月），占到全年降水量的70%以上，具有降水集中、暴雨多的特點，年均蒸發量1442.6mm，為降水量的3倍多，近年來受全球氣候變暖的影響，該區氣溫和降水有上升的趨勢。

2.2 地質構造及地震

站址區域為新生代西寧斷陷盆地的兩側，南北分別為拉脊山和娘娘山背斜褶皺帶，受達坂山南麓斷裂和拉脊山北麓斷裂控制。拉脊山北麓斷裂延伸長度達500余公里，走向為NWW向，屬壓性、壓扭性高角度逆沖斷裂，傾角35°～55°，傾向S；達坂山南麓斷裂延伸長度達130km 以上，走向NW 向，亦屬壓性、壓扭性深大斷裂，傾角60°～70°，傾向SW，沿斷裂帶破碎帶寬度100m 左右。區域內北西西向斷層主要分布于拉脊山北緣，有多條組成。其中主要的有拉北斷層，位于拉脊山北側，斷層走向北西西，傾向南偏西，上盤元古界、古生界逆沖于白堊紀、第三系之上，地貌上基本是中高山和低山的分界線，也是拉脊山與西寧盆地的分界線。站址所處區域無全新世活動斷裂通過，區域地質構造穩定，適合建站。

工程區屬青藏高原北部地震區、祁連山地震亞區，無不小于5.5 級的地震活動的記錄。“西北地區工程地質圖說明書（1985年）”區域構造穩定性評價成果表明，該區屬現代地質構造活動的穩定—較穩定區。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），站址區域地震動峰值加速度值為0.10g，對應的地震基本烈度Ⅶ度。

3 工程地質條件

擬建站址位于青藏鐵路北側的湟水河Ⅲ級階地上，地形較平坦，起伏不大，場地標高在2376.1～2376.8m之間。

據現場踏勘調查和本次鉆探勘探成果，擬建場地地層結構比較簡單，勘察深度內地層自上而下依次為素填土（Q4ml）、圓礫（Q4al+pl），巖性特征及分布簡述如下：

①素填土（Q4ml）：黃褐色、雜色，稍濕—濕，為新近填土，結構松散，密實度差，堆積年限8年以上，主要由人工與機械堆積而成的粉質粘性土及粉土為主，主要以粉土和粉質粘土為主，局部為碎石土，混含有大量卵石、圓礫顆粒等，欠固結，均勻性差，5.0m 以下濕—很濕。該層在場地內連續分布，位于②層圓礫上，厚度7.0～9.2m不等。

現場進行了高密度電法測試，其反演結果如圖1所示。

圖1 高密度電法反演結果（1-1′剖面）（北向南）

根據現場高密度電法測試（1-1′剖面）反演結果（圖1），結合鉆探揭露，該剖面自北向南水平方向0～20m 范圍內填土主要由高阻的碎石土組成，電阻率值介于230～800Ω·m之間，20～100m范圍內回填土主要由低阻的粉質粘土組成，電阻率值介于10～60Ω·m 之間，含水量較高。

根據現場高密度電法測試（2-2′剖面）反演結果（圖2），結合鉆探揭露，該剖面自北向南水平方向0～18m 范圍內由低阻的粉質粘土回填組成，18～40m范圍內局部回填高阻的碎石土，電阻率值介于360～1050Ω·m之間，40～60m 范圍內回填土主要由低阻的粉質粘土及粉土組成，電阻率值介于25～100Ω·m 之間，水平及垂直方向上分布很不均勻。

圖2 高密度電法反演結果（2-2′剖面）（北向南）

②圓礫（Q4al+pl）：雜色，很濕—飽和，中密，成份以由花崗巖、砂巖、石英巖等組成，磨圓度一般，呈亞圓狀，粒徑大于2mm 的顆粒質量占約總質量的60%左右，最大可見粒徑約12cm 級配及分選性一般、砂質充填，局部夾有薄層粉質粘土層。該層在場地①層素填土以下分布。本次所有勘探點均揭露出該層，本次勘察最大揭露厚度8.0m，未揭穿。

站址處地下水埋深6.0～7.4m不等，季節變幅±1.0m，地下水屬第四系松散巖類孔隙潛水，由大氣降水下滲和湟水河水潛流補給。

4 巖土工程分析與評價

4.1 場地穩定性及建筑場地的適宜性評價

擬建場地無滑坡、泥石流、危巖和崩塌、采空區、地面沉降、液化砂層等不良地質作用，場地不受洪水影響，穩定性較好，適宜建筑。

4.2 地基土物理力學特性

依據本階段勘察和原位測試（標貫和動探試驗）成果，①層素填土均勻性、密實度存在較大的差異性，巖土工程特性相對較差；②層圓礫，中密，地基承載力相對較高，是良好的地基持力層。地基土物理力學性質指標統計值見表1。

表1 地基土主要物理力學性質指標

在素填土中取樣進行了擊實試驗，最大干密度為1.74g/cm3，最優含水量為16.3%，見擊實曲線圖3。

圖3 擊實曲線圖

4.3 地基土及地下水腐蝕性

根據室內土的化學分析實驗，地基土平均含鹽量為0.24%～0.29%，含鹽量均小于0.3%，不屬鹽漬土。SO42-含量280～560mg/kg，Cl-含量120～220mg/kg，pH=8.3～8.4，地基土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋及鋼結構均具微腐蝕性。

根據水質分析，地下水總礦化度為766.65～778.19mg/L，其中硫酸鹽(SO42-)含量為163.14mg/L，氯鹽(Cl-)含量為165.44～183.96mg/L，pH 值為8.0～8.1，地下水對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋均具弱腐蝕性。

4.4 地基土凍脹性評價

場地凍深按西寧地區最大凍結深度為113cm，場地地基土在凍深范圍內為成分以粉土為主的素填土，天然含水量（W）平均值在10.3%～22..1%之間，場地土在凍結期間地下水位距凍結面最小距離hw＞1.50m，判定場地素填土在凍深范圍內平均凍脹率1%＜η≤3.5%，凍脹等級為Ⅱ級，屬弱脹凍土。

4.5 地基處理方案

素填土的均勻性、密實度等指標離散性很大、差異性明顯，具體表現為欠固結、土質均勻性差、巖性種類較多、顏色較雜亂，主要以粉土和粉質粘土為主，局部為碎石土，結構混亂，互成層狀，5.0m 以下濕—很濕。不經處理不宜直接作為天然持力層。本站址經濟可行的地基處理可考慮采用重錘強夯法、換土墊層法、高壓旋噴樁等。

（1）重錘強夯法。本工程站址附近有已建建筑物、高速公路等，重錘強夯法會對已有建（構）筑物產生不利影響，不適合本工程。

（2）換土墊層法。本工程素填土厚度較厚，換土墊層法不適用。但對于荷載較小的道路及電纜隧道底部，可采用換土墊層法進行地基處理，墊層厚度0.5～1.0m，擴出構筑物邊緣0.5m，且不小于b+2ztanθ。

（3）高壓旋噴樁復合地基。高壓旋噴樁適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土（流塑、軟塑和可塑）、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。本工程重要建（構）筑物采用高壓旋噴樁復合地基，其設計參數如下：

樁徑：0.6m，樁長：10.5m；

平面布置：獨立基礎下設置4 根，主變基礎下設置6根，消防水池下設置25根。

旋噴施工方法：單管法，噴射高壓水泥漿液，采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1，樁頂采用300mm厚級配砂石褥墊層。

5 結論

在建設用地日益緊張的情況下，一些工程不得不在存在人工填土的區域內選址，由于這人工填土的工程性質較差，對修建在其上面的建（構）筑物影響較大，尤其在工程造價和安全性上較明顯，所以大厚度的人工填土在巖土工程勘察當中以特殊土對待，故本案例通過多種勘察方法準確查明這種特殊土的物理力學性質及分布情況，并選擇了經濟可行的地基處理方案,對擬建建（構）筑物的地基處理工程造價控制及其安全性起到了參考作用。