强夯置换法在变电站地基处理施工中的应用

　　摘要：通过对变电站地质条件的分析，利用粉质粘土层做基础持力层，采用天然地基处理，并且为了满足强度、稳定性及沉降要求，又能降低造价、加快施施工速度。尝试使用了强夯置换法进行施工，最终从沉降观测来看，施工效果完全符合要求。
　　关键词：强夯置换法，点夯，满夯，地基处理
　　1工程地质条件
　　奉新赤岸35kV变电站位于赣西北地区，地形基本为平地，占地面积2500平方米。根据勘察单位出具的地质资料知道耕地内土质划分成6个工程地质层组，自上而下为：
　　(1)杂填土及素填土。杂填土高压缩性，工程力学性能差；素填土主要成分为粉质粘土及粉土，力学性能良好。承载力fak能达到70～80KPa。厚度1～2m。
　　(2)粉质粘土。土质为可塑，含水程度湿至饱和。厚度1～6.2m，弹性模量Ea为6～7Mpa，原地质报告给出fak为1OOKpa，实际勘测达不到此值。
　　(3)砂质粉土。土质稍密，厚度0.85—6.2m，Es与fak和(2)接近，但在7度地震下属轻微液化土层。
　　(4)淤泥质粉质粘土。流塑、厚度1．84～10．35m，高压缩性，工程力学性能极差。
　　(5)粉质粘土。Es为3～4Mpa，厚度6．5～19．5m。
　　(6)砂质粉土与粉质粘土。
　　2方案的提出及选定
　　开关场构架基础地基承载力设计为不小于120Kpa,控制室不小于150Kpa。根据地质报告，利用第(2)层做基础持力层，采用天然地基，但其承载力不能满足要求，土层分布不均，且Es值偏低，满足不了地基沉降要求，需加固后方能利用。《建筑地基基础设计规范》规定的地基最终沉降量计算公式为：
　　
　　式中——按分层总和法计算出的地基沉降量；
　　——沉降计算经验系数；
　　——基础底面下第i层土的压缩模量，按实际应力
　　范围取值：
　　——基础底面至第i层土底面的距离：
　　——基础底面计算点至第i层土底面范围内平均附加应力系数。
　　地基沉降与基底附加压力成正比，与各土层压缩模量Ea成反比，若把这2个影响沉降的主要因素值降低，Ea值增大，沉降就会减小。设计中对各种方案进行计算、经济比较，最终采用了强夯置换法。
　　强夯法是比较简单的施工方法，它具有造价低、工期短、效果显著，可提高地基土强度，降低其压缩性，并减少可能出现的差异沉降，还可消除液化的可能性，对大面积地坪堆载进行强夯处理更为适宜。但强夯法适用于碎石土、砂土、湿陷性黄土、低饱和度的粉土与粘性土、素填上地基中，对本地区含水量较大的粉质粘土，下有可液化土层，采用强夯加置换土综合处理基础地基更为适宜。
　　3强夯参数及夯点布置
　　以控制室为例，其设计基底承载力fak≥150Kpa，压缩模量Ea≥10Mpa，加固深度基底下≥5m。经过试夯，选用点夯锤重180kN，落距10m的平底锤，锤底面积5m，底部设3个排气孔。强夯基底有效加固深度为H：
　　
　　式中a为修正系数，其值为0．5～1．0，对粘性土可取0．5。强夯击数是根据最后2击的平均沉降量不大于40～60mm，且夯坑周围不隆起等确定，在基坑位置累计夯击数>18击，车间内累计夯击数>10击。
　　夯点布置以3m为模数，布点按3m间距正方形布置。基础外侧增加一排夯点，对每独立基础沿对称纵向轴线布置点2个，采用跳点夯；实际夯距为6m，这样布置有利于孔隙水压力消散，孔隙水可从孔隙压力大的地方向孔隙压力小的地方排出，分4遍进行，点夯3遍，满夯1遍。第1遍夯点夯10击左右，第2遍夯点夯8击左右，第3遍满夯3击左右，锤印相搭，第4遍在基坑上夯，加填石料，以最后2击贯入度控制。
　　利用夯能将片石、碎石或炉渣强行挤入土中，在连续夯击过程中，地表片石、碎石或炉渣不断自动落入坑底，逐渐形成与土混合的片石、碎石或渣土混合状柱体的复合地基，其效果与一般原状土上强夯的效果不同，与其他复合地基的成因及效果也不一样。它是通过强夯工艺将柱状体与强夯效应一次完成，既有强夯特点，又具有其他置换型复合地基的特点。
　　由于场内表层土较软，为了保障强夯的质量及施工机械运行，在整个构架场地内满铺0．5m碎石或渣土。强夯的第1遍点夯很关键，要夯实、夯透。由于现场含水量较大，且在雨季施工，为了使雨水和在夯击能作用下孔隙水排出，采用滤水板固然可以，但造价很高。该工程是在纵向两侧首先挖排水沟，及时将水抽走，保证孔隙水的消散，土体固结。每遍间歇时间约1周以上,3个月全部完成。
　　4夯后测试
　　因工期紧要开挖基础，最后一遍点夯后3周(个别2周)开始测试。对所有基坑进行静力触探或。触探测试，深度在6．0m范围内。在地坪范围内选取几个点进行静力触探，判断影响深度内夯前夯后触探指标变化情况。经检测，经过强夯处理后，原有土层有一定改变，即在基坑土混夹碎石组成的一层混合土，面积达4～5，承载力能达到200Kpa。其次是(2)层粉质粘土和(3)层砂质粉土，在深度5m范围内承载力均达到180Kpa以上，静力触探曲线幅度较夯前均有不同程度的提高。对同一基坑位置，静力触探曲线比较如图2所示，其中(3)层砂质粉土比贯入阻力提高达一倍以上。
　　
　　图夯前夯后静力触探曲线比较
　　为了比较夯前、夯后地基土层物理力学性能指标，对场内5个点进行了钻孔取样试验(深度8m)经比较，夯后土的含水量、孔隙比明显降低，对同一土层压缩模量提高达18％左右，内摩擦角提高约40％，渗透系数明显减小，夯后基坑积水一个多月没有渗透下去。
　　5总结
　　采用强夯置换法对有可液化软弱下卧层软土地基进行处理质量效果良好,地基承载力提高1-2倍，有效影响深度达7M左右，减少压缩性，改善了地基的抗液化性能；经济效益上，不仅可以大大节省了材料、人工等施工费用，工期也提前近一个月。目前工程竣工且使用有一年，使用情况良好，地面等没出现裂缝，从沉降观测来看完全符合要求，效果良好。