复合地基在变电站地基处理中的应用

张源航

【摘要】复合地基是指天然地基在地基处理过程中，土体得到加强或土体得以置换，以提高承载力。变电站建设中，经常会遇到地基承载力不满足设计要求的不良地基，这就需要进行地基处理。

【关键词】地基处理；砂石桩；振冲法；强夯法

以某变电站为例，对复合地基在变电站地基处理中的应用加以阐述。

1站址概况

站区方案采用全户内GIS布置，主要建构筑物为：主控综合楼、水泵房、事故油池及水池，主控综合楼为三层框架结构、水泵房为带地下室一层框架结构。基础埋深：主控综合楼 -3.0米；水泵房-3.0米。承载力特征值达到150～200kPa可满足建构筑物的要求，但主控综合楼对不均匀沉降的要求相对较高。根据设计要求，该站址回填土高度为4～5m。

2地质情况

本站址主要岩土层共有四层，各岩土层的工程特性如下：

1）素填土（①-1）：主要由黏性土组成，局部可见少量砖块。该层主要由开挖鱼塘的弃土堆积而成，结构松散，物理力学性质较差，且主要分布于鱼塘埂，不得作为天然地基持力层。

2）粉质黏土（①-2）：该层呈层状广泛分布于场地土的上部，本层层厚较小，地基承载力特征值综合取值为160.0kPa～200.0kPa。该层具有中压缩性及较高的地基承载能力，可满足一般建（构）筑物的天然地基设计需要。

3）粉砂（①-3）：该层呈层状广泛分布于下伏基岩的上部，厚度多在3.0m左右，最大层厚达4.5m（1K5孔），地基承载力特征值综合取值为140.0kPa～170.0kPa。该层具有低压缩性特点，但其承载能力稍差，能满足较轻型的建（构）筑物的天然地基设计需要。

但本层粉砂（①-3）层在工程场地内四个勘探孔中有三个液化孔，均属轻微液化等级。详见下表

4）泥岩 ② ：该层广泛分布于场地土的下部，地基承载力特征值综合取值为250.0kPa～300.0kPa。具有好的物理力学性质及高的地基承载能力，是良好的天然地基持力层。

根据以上描述，该站址存在以下问题：

1. 地处养鱼塘，须将鱼塘底部软塑～流塑状态的淤泥清除；

2. 回填土较厚，需4～5m高。

3方案比较

结合本工程的特点和现有地质资料，经考虑采用复合地基中的砂石桩法、振冲桩法对地基进行处理。为具有一定的经济性和可操作性，将分别从地基处理的优缺点、桩基设计、施工工艺等方面进行论述。

3.1地基处理原理及特点

3.1.1砂石桩法

砂石桩又称挤密桩，该处理方法适用于处理松散砂土、粉土、黏性土、填土、液化土地基，处理深度在5～15米，过深则压实困难。根据上述地质情况的描述，非常适用于本工程。当用于消除粉细砂及粉土液化时，宜采用振动沉管挤密桩。采用砂石做为填料。

振动沉管挤密砂石桩是利用常规的沉管灌注桩所用的沉管设备，在成孔过程中沉管对土的横向挤密及振密作用，是土体向桩周挤压，桩周土体得以挤密，同时分层填入并夯实砂石，形成砂石桩，振动拔管后使得土体与桩共同组成复合地基。由于挤密桩是通过振动沉管将相同体积的土體挤开灌入砂石料，因而挤密效果较佳，施工中无土体流失，土体被"强制"灌入砂石料，使土体密实度大幅提高，承载力大大提高，因此能有效的抑制地基沉降，改善建构筑物的结构稳定。

一方面砂石桩可以像砂井一样起排水作用，因此加快了地基的固结沉降速度，另一方面由于设置了砂石桩形成竖向良好的排水通道，可以加速孔隙水压力的消散，因此有减少地震液化的功能，达到抗震效果。

但该桩对周围建构筑物的振动挤压影响稍大。

3.1.2振冲法

振冲法适用于处理砂土和不排水抗剪强度不小于20kPa的黏性土、粉土、液化土和填土，以及工程中水位较高且对承载力要求较低的工程。也适用于本工程。

振冲法是利用能产生水平向振动的振动器，在高压水压的作用下边振动边冲，在软弱地基中成孔，再在孔内分批填入砂石料等坚硬材料，振动器上拔形成桩体，最终使砂石桩体与原状土体构成复合地基。形成的复合地基以及桩与桩间的相互约束适当增大了地基的整体刚度，从而提高地基的承载力，减少地基的沉降。

3.2桩基计算

3.2.1砂石桩法

根据《建筑地基处理技术规程》（JGJ79-2012）要求，挤密桩的布置应大于基础轮廓范围，且当处理液化地基时，宜在基础外缘各布置3排桩，且超出基础外缘的宽度不应小于5m。本工程两个站址电气布置都属于比较紧凑的方案，故决定两个站址均满布挤密桩，即有利于建构筑物的不均匀沉降，又便于施工。桩长约7～9米，桩径选用500，桩间距s=1.08√A e =1.22，取1米，采用三角形布桩。本站址布桩7208根。

根据《建筑地基处理技术规范》的相关规定，经计算，置换率为0.227，地基的承载力特征值为202 kPa，压缩模量Esp为10.25 MPa。可以看出，经过挤密桩处理后，地基承载力有明显改善，且满足主控综合楼对变形的要求。能有效的抑制地基沉降，改善建构筑物的结构稳定。

3.2.2振冲法

根据《建筑地基处理技术规程》（JGJ79-2012）要求，振冲桩的处理范围应大于基础轮廓范围，宜在基础外缘扩大1～2排桩，且当处理液化地基时，在基础外缘扩大宽度不应小于基底可液化图层厚度的1/2。考虑总平面布置较紧凑，且施工方便的情况下，决定两个站址均满布振冲桩。本工程两个方案桩长均在7～9米，根据上述规范要求，选用桩径500，布桩间距1.0米，等边三角形布桩。本站址布桩7208根。

其置换率、复合地基承载力及复合土的压缩模量计算与挤密桩法同。同样：振冲桩处理后的地基承载力有明显改善，且满足主控综合楼对变形的要求。能有效的抑制地基沉降，改善建构筑物的结构稳定。

3.3施工工艺

3.3.1砂石桩法

由于挤密桩至往土体中"强制"灌入填料，施工后期土体会越来越密实，沉管越来越难，因此，施工的施打顺序和选用桩型尤为重要，一般施打顺序以从中往四边顺打或由一边向另一边顺打。桩型可以在施工后期可改用功率较大的桩机。挤密桩还可以利用微机对起沉管内的砂面进行跟踪，以控制投料量，判断成桩密实情况和是否出线断桩现象，最终保证施工质量。

3.3.2振冲法

振冲桩施工中需要适用大量水，将产生大量泥浆，因此，在配备高压水泵及充足水源的同时，为防止大量泥浆流失，污染环境，需合理布置排泥沟和污泥泵，泥浆汇集于沉淀池后，沉淀，清水再利用，污泥外运。施工前准备工作麻烦。振冲桩是利用高压水成孔，所以对控制水量及水压尤为重要，水量在成孔初期要大些，随着孔的形成，慢慢减小水量；水压视土体强度、成孔深浅做相应调整，土体强度大，水压宜大，反之宜小。因此施工中操作复杂。另外：振冲桩是先成孔，后加填料，填料从上往下倒入的过程中，有部分粘在孔壁，未落到桩底，则需要加更大的填料，每根桩的总填料难以控制。

1.4方案推荐

（1）从原理上：振动沉管挤密碎石桩法比振冲法对土体的"强制"作用更佳。

本工程两个站址周围现阶段均无建构筑物，挤密桩法对周围建构筑物的振动挤压影响可不考虑。

（2）桩基计算：振动沉管挤密碎石桩法和振冲法均能有效提高地基承载力，满足建构筑物沉降及变形要求，满足地基处理的结果。

（3）施工工艺：振冲法在施工前期需修建多条排泥沟，施工中对水量及水压的控制操作麻烦，且每根桩的总填料难以控制。振动沉管挤密碎石桩法则不存在这些问题。

总上所述，推荐砂石桩法做为站址地基处理的方法。

参考文献

[1] 地基处理手册. 中国建筑工业出版社. 2008-6-1

[2] 复合地基桩处理技术. 中国建筑工业出版社. 2011-5

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