三门峡湿陷性黄土地基处理方法浅析

　　【内容提要】作者针对变电站建、构筑物的特殊性，对湿陷性黄土场地地基处理从设计可靠性、方便施工、造价合理几方面进行了详尽分析，并通过工程实例加以阐述，对湿陷性黄土场地地基处理设计具有借鉴作用。
　　【关键词】湿陷性黄土；主控楼；垫层法；复合地基
　　
　　1、概述
　　河南省湿陷性黄土主要分布在三门峡、灵宝、洛阳等西部地区，受地壳影响以及地理位置、地质条件、气候条件诸多因素的影响，使各地区之间湿陷性黄土在构成、层厚上存在较大差异，而三门峡地区的湿陷性黄土的岩土地质条件又是我国最复杂地区之一。因此，在该地区的地基设计方面如何选用合理的地基基础处理方案尤为重要，从设计方面来讲，应结合岩土地质条件、工程性质、工程实践经验进行综合分析研究。
　　2、湿陷性黄土地基处理方法简述
　　根据《湿陷性黄土地区建筑规范》、《地基处理技术规范》要求，针对湿陷性黄土地基常用的地基处理方法有垫层法、复合地基法、强夯法，其中复合地基又分为普通挤密桩法和孔内深层强夯法（DDC法）。
　　2.1垫层法
　　根据垫层所采用的不同材料分为土垫层和灰土垫层。当仅消除基底下3米以内湿陷性黄土的湿陷量时，采用整片或局部垫层处理地基，且下部未处理湿陷性黄土的湿陷起始压力值不应小于相应的规范规定。垫层施工时，建议采用3:7或2:8灰土（或土）进行分层回填夯实至基底设计标高。拟建建筑物地基的平面处理范围，应采用整片(局部)处理，处理范围应大于建筑物底层平面的面积，超出建筑物外墙基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m并应采取结构措施和检漏防水措施。
　　2.2复合地基法
　　复合地基法又为灰土挤密桩法，采用挤密桩法需掌握建筑物使用特性和场地岩土工程地质条件，设计前还要事先取得场地挤密桩试桩测试结果，严格控制地基土的含水量，避免孔隙内出现自由水，保证挤密效果。用挤密法处理后的地基承载力还受桩间距、桩径、挤密填料的制约，同时孔内填料的压实系数不应小于0.97。当地基土的含水量大于24%，饱和度大于65%，不宜选用灰土挤密桩。
　　2.3强夯法
　　采用强夯法处理湿陷性黄土地基，首先根据岩土工程地质报告在场地内选择有代表性的地质区域进行试夯，为设计、施工提供必要的相关参数，并且还可以验证强夯方案在技术上、施工方面以及工程造价上的可行性与合理性。用强夯法处理湿陷性黄土地基，土壤的含水率是最至关重要的，规范规定土的天然含水量宜低于塑限含水量的1%-3%，当大于时会出现软塑状态即俗称的“橡皮土”。强夯地基的承载力设计值还应在地基土强夯后30天左右，现场做静载荷试验确定。
　　下面结合工程实例进行分析研究，如何对湿陷性黄土地基的处理方法进行合理的选择。
　　3．工程概况
　　变电站位于三门峡市西南郊，根据电气平面布置图，全站三个功能分区，南侧为220kVGIS屋外配电装置区，中部自西向东依次布置为预留的10kV配电间、2#、3#主变压器，10kV配电间、1#主变压器；北侧为110kVGIS屋外配电装置区；电容器组布置在站区西北角；主控楼布置在主入口东侧。站区主入口位于北围墙侧，进站道路从北侧摩云路引接进站。
　　场地内地基土均为第四系冲洪积黄土状土，主要为粉质粘土和粉土，主要物理特性见下表，湿陷性黄土层厚度为8.6米-9.6米，为非自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅰ--II级；湿陷性黄土的湿陷量为133.8~186.8mm。湿陷土层埋深下限为8.60~9.60m，湿陷性黄土地基的湿陷等级为Ⅰ级(轻微)；地下水稳定水位埋深大于20m。

　　4．地基处理方案的设计分析
　　变电站主控楼属丙类建筑，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》规定，对于丙类建筑应消除地基的部分湿陷量，对最小处理厚度有明确要求。当地基湿陷等级为Ⅰ级时，对多层建筑，地基处理厚度不应小于1米，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于100kPa；当地基湿陷等级为II级时，对多层建筑，地基处理厚度不应小于2米，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于100kPa；若全站场地全部采用DDC复合地基进行处理，对深度6米的地基尚可，对深度3米以内的显然不合理，经济造价也高；若采用强夯法处理地基，由岩土工程勘测报告可知，场地内层①、层②的天然含水量已达到28%，塑限含水量达到19%，若采用强夯法，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》规定，对于丙类建筑应消除地基的部分湿陷量，当为非自重湿陷性黄土场地时，处理深度不应小于地基深度的2米，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不应小于100kPa。依据本工程的岩土工程勘测报告，建议采用灰土挤密桩复合地基方案，以消除地基湿陷，提高地基强度及减少地基不均匀沉降。变电站场地内需处理的区域零散不集中，而且各区域需处理的湿陷性地基深度差别较大，共分为1.5米、1.7米、3米、6米四种不同深度，其中1.5米、1.7米深度需处理场出现软塑状态即俗称的“橡皮土”，且场外尽力民房及工业厂房，强夯将影响其稳定性。经过综合分析比较研究，本工程决定采用灰土垫层法进行地基处理，用2：8灰土进行换填，对于换填深度小于3米的土质，压实系数不小于0.95;对于换填深度大于3米的土质，压实系数不小于0.97，并要求基坑下部未处理湿陷黄土层的湿陷起始压力值大于100kPa,要求在施工中自基坑底应按30度角向上放坡，以保证基坑四周边坡土体稳定性。
　　5．对地基周边场地的设计要求
　　由于该变电站220千伏及110千伏设备均选用六氟化硫封闭式组合电气（GIS），220千伏及110千伏设备基础纵向长度长达80—130米，并且六氟化硫封闭式组合电气（GIS）设备对基础的首、末端误差要求非常严格，否则将会对设备的安全运行产生影响，当时据我们调研，河南省乃至国内还没有一座GIS设备基础如此之长的变电站，在基础处理方案确定后，我们对设备所处场地也进行了谨慎处理，根据电气专业与土建专业的共同研讨，并在参照《湿陷性黄土地区建筑规范》相关条款的规定，对站内主控楼设备基础场地进行综合处理如下：
　　1）站内雨水排放采用城市型道路，是设备区雨水迅速排离，并将设备区场地坡度较常规情况下适当加大，在主控楼周围6米内场地坡度大于2%，
　　2）将站内排水系统设施尽量远离主控楼及设备基础，并采取相应的检漏措施。
　　3）加宽主控楼散水，并用灰土做好基层处理工作。
　　6．设计对施工的要求
　　在施工过程中，要求现场严格按照湿陷性黄土地基处理规程规范实施，确保施工质量。
　　在施工中要确保填料质量，不得使用盐渍土、膨胀土、冻土、有机质以及砂、石等粗颗粒材料；防止基坑内被雨水、施工用水侵湿造成湿陷。
　　7．地基处理效果检测
　　经过对站内采用灰土垫层法进行地基处理后，经现场取样对于换填深度小于3米的土质，压实系数达到于0.97;对于换填深度大于3米的土质，压实系数达到于0.98，均满足设计要求，该变电站现已运行近两年效果良好。
　　8．结束语
　　通过对三门峡该变电站建、构筑物的湿陷性黄土场地地基处理设计中表明，对于湿陷性黄土场地地基处理其具体方法的采用，应根据建、构筑物的特性以及可靠性、方便施工、造价合理各方面进行综合分析研究比较，才能够找到最适合工程特性的合理的地基处理方案。