安徽某500 kV变电站工程地质特性与适宜性评价

马 雷，孙明刚，杨仲吕

(国网安徽省电力有限公司 建设分公司，安徽 合肥 230022)

拟建工程地区地势相对较起伏，坡度总体较缓，属丘陵地貌，拟建站址场地内主要种有为农作物、毛竹、松树和樟树等林木。拟建工程勘探范围内场地地面标高为14.50～39.70 m，站址区围墙内场地标高为18.10～36.30 m，站址最终设计标高为28.00 m。本次对拟建变电站进行施工图设计阶段的岩土工程勘察，分析评价拟建站址的区域稳定性，查明场地内有无不良地质现象；查明场地内膨胀土特性；评价站址区的边坡稳定性，推荐边坡支护结构型式等，为工程建设提供建议,对同类工程具有重要的参考价值[1]。

1 地基土构成与特征

拟建站址揭露地层为填土、黏土、黏土夹卵石和卵石层，自上而下依次将各岩土层特征描述如下。①号填土层：褐黄色，棕黄色，松散，可塑，夹植物根茎，局部夹碎石，主要产生于民房房屋修建时填土，场地早期开发为农田时填土堆积，拟建站址区中部民房区域该层较厚，其他地区分布厚度在1 m以内，层厚0.3～2.4 m。①号淤泥层：灰黑色，流塑，夹植物根茎，分布于站址区水塘内，为水塘淤积形成，层厚0.6～0.8 m。②号黏土层：棕黄色，褐黄色，可塑—硬塑，局部硬塑，含铁锰质结核，夹有灰白色高岭土条纹，具有膨胀性，场地均有分布，偶夹有粒径约2～9 cm卵石，呈亚圆形，质量比含量小于20%，层厚0.6～7.7 m。③号黏土夹卵石层：棕黄色，褐黄色，可塑—硬塑，场地均有分布，夹有质量占比为20%～50%的卵石，含有少量砾石，粒径多为2～9 cm，呈亚圆形，分布不均，层厚0.8～11.3 m。③号黏土层：棕黄色，褐黄色，硬塑，含铁锰质结核，夹有灰白色高岭土条纹，具有膨胀性，偶夹有粒径约2～9 cm卵石，该层主要夹在③号土层中，呈透镜体分布，主要分布于拟建站址区的西侧和南侧，层厚0.7～5.6 m。③号卵石层：褐黄色，杂色，稍湿，中密—密实，呈亚圆形，粒径多为2～11 cm，分布不均匀，混有一定含量黏土和砾石，场地均有分布，本次勘探尚未揭穿。④号黏土层：褐黄色，稍湿，硬塑，含铁锰质结核，夹有灰白色高岭土条纹，偶夹有粒径约2～9 cm卵石，该层主要夹在④号土层中，呈透镜体分布，主要分布于西南部和中部。本次勘探发现④号卵石层中出现④黏土夹层，并非偶然零星分布，故将其单独列出，性质与③黏土类似。

2 地下水、土腐蚀性特征

拟建站址场地内地下水类型主要为孔隙潜水，含水岩组为②号黏土层、③号黏土夹卵石层、③号黏土层、④号卵石层和④黏土层。其中第②号黏土、③号黏土和④黏土黏性较高，渗透系数K一般在1.0×10-8cm/s以下，透水性低，③号和④号土层含卵石，局部混有细砂和砾石，透水性相对较高，属相对透水层，地下水位一般埋深为 0.5～6.1 m，水位标高根据地形变化较大，受季节影响较大，主要补给为大气降水，浅层水的排泄主要为蒸发排泄、人工开采及向深层地下水越流排泄。正常年水位变化幅度一般为 1.00 m左右。根据已有资料，拟建工程场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性[2]。

3 不良地质作用

拟建场地未发现软弱土、液化土、陡坡陡砍等，也未发现状态明显不均匀的土层，地基基本上不存在倾覆、滑移的可能，因位于丘陵地带，场地有一定的起伏，综述可知拟建场地地段类别属对建筑抗震的一般地段。拟建工程场地位于丘陵地带，地形有一定起伏，勘探范围内场地地面标高为14.50～39.70 m，场地平整后四周将形成最高约8.0 m的挖方边坡和最高约10.0 m的填方边坡，应评价边坡的稳定性。场地中部和东南部共有两处面积约20 m2、深约1.2 m的水塘，场地平整前应做好清淤处理[3-4]。因拟建站址区分布有膨胀土，作为天然地基或回填土材料时应先进行消除膨胀性处理并做好防护措施。除此之外场地未发现滑坡、泥石流等地质灾害现象，根据勘察结果也未发现饱和砂土、粉土岩土层，可不考虑地震液化的影响。

4 膨胀土分析与评价

4.1 膨胀土等级划分

安徽省境内膨胀土的平面分布相对集中，主要分布于淮北平原地区和舒城县城—巢湖市区—和县县城以北的江淮波状平原地区，在此以南地区则零星分布于丘陵平原上的阶地及山前斜地上。拟建工程场地位于巢湖市以南约65 km的膨胀土零星分布的丘陵地带。拟建工程场地膨胀土地质特征为第Ⅳ类冲洪积，地质年代为Q3，参考拟建站址以北65 km处巢湖市的气候条件，可计算得土的湿度系数为0.815，大气影响深度为3.43 m，大气影响急剧层深度为1.54 m。根据室内土工试验统计结果，拟建工程场地内的②号土层、③号土层、④号土层均为膨胀土，对应的自由膨胀率分别为77.7%、87.5%和81.5%，膨胀潜势均为中。根据室内土工试验统计成果，在地基土上覆荷载为50 kPa、基础埋深不小于大气影响急剧层深度(计算取1.54 m)、土层划分为一层、不考虑地下水位影响的情况下，计算得②号土层的地基土胀缩变形量为39.2 mm，③号土层的地基土胀缩变形量为26.9 mm，对应的胀缩等级分别为Ⅱ级和Ⅰ级。以上地基土的胀缩变形量是在对荷载、基础埋深等作一定假设的情况下得到的，仅供参考。对于轻型建构筑物尤其是对变形敏感的轻型建构筑物，设计时应依据建构筑物的基础埋深、下卧膨胀土层厚度等具体情况予以复核。拟建工程场地中，②层膨胀土广泛分布，③和④层膨胀土是以透镜体的形式出现。场平后，膨胀土地层厚度与埋深会发生一定变化，其中③和④层透镜体局部埋深变浅至大气影响深度范围内或直接暴露地表，设计在基础设计时应结合基础设计埋深、胀缩等级等情况综合考虑膨胀土对建构筑物的影响[5-6]。

4.2 膨胀土处理

拟建工程场地整平后，挖方区地表大多被膨胀土覆盖，构建筑物的基础应深埋，并应不小于大气影响急剧层深度(1.54 m)，或通过变形量确定。当采用非膨胀性材料或灰土进行换填处理时，换土厚度可通过变形计算确定，平坦场地上I、II级膨胀土的地基处理，宜采用砂、碎石垫层，垫层厚度≥300 mm，垫层宽度应大于基底宽度，两侧宜采用与垫层相同的材料回填，并做好防水、散水处理。也可在膨胀土中添加石灰、水泥等非膨胀材料或添加化学剂使膨胀土失去膨胀性的材料。在膨胀土中拌合一定量的石灰或水泥可降低或消除膨胀土的膨胀性；同时，有机和无机的化学剂也已经在膨胀土改良中得到应用，可以降低膨胀土的塑性指数和膨胀潜势。土体的含水率的变化是膨胀土产生危害的根本条件，采用综合措施切断基底下外界渗水条件，保证地基的稳定[7]。

5 基础方案分析和评价

5.1 天然地基分析与评价

5.1.1 各层地基土力学性质分析与评价

①号土层为填土，厚度0.3～2.4 m，场地平整后该层将被清除，可不考虑该层；②号土为黏土，厚度0.6～7.7 m，硬塑，局部为可塑、可塑—硬塑状态，土体具有膨胀性，偶夹有少量砂砾，标贯击数为12.0击，压缩模量推荐值为7.5 MPa，承载力特征值推荐值为160 kPa，经消除膨胀处理后可作为一般简单建(构)筑物的天然地基持力层；③号土层为黏土夹卵石，厚度0.8～8.4 m，硬塑，夹有稍密—中密卵石，局部夹有砾砂，贯标击数为13.0击，压缩模量推荐值为15.0 MPa，地基承载力特征值推荐值为240 kPa，可作为天然地基持力层；③号和④号土为黏土，厚度分别为0.7～6.2 m和0.7～5.4 m，硬塑，土体具有膨胀性，偶夹有少量砂砾，贯标击数分别为13.5击和16击，压缩模量推荐值均为8.0 MPa，承载力特征值推荐值均为200 kPa，场平后若位于大气影响深度范围内，经消除膨胀处理后可为一般简单建(构)筑物的天然地基持力层；④号土层为卵石层，本次勘探尚未揭穿，中密—密实，粒径多为2～11 cm，贯标击数为19.0，压缩模量推荐值为25.0 MPa，地基承载力特征值推荐值为280 kPa，可作为良好天然地基持力层。从土的强度和变形上分析，②号土层经过消除膨胀处理后可作为一般建(构)筑物的天然地基持力层，③号和④号地基土工程性质良好，强度较高，可作为天然地基持力层，考虑到拟建建筑物一般为两层左右框架结构构筑物，建议一般建(构)筑物采用天然地基独立基础。

5.1.2 回填土评价

拟建站址位于丘陵上，场地标高在18.10～36.30 m之间，地形有一定起伏，场平后，西侧区域主要为挖方区，场地西北侧、东北侧、东南侧和南侧自然地面低于设计标高，需进行回填，回填土最厚处可厚达10.0 m左右，回填土应进行分层压实，若填料来自场地平整的黏土，则不得使用含植物根茎的土，且必须进行消除土体膨胀性处理。根据本次土工试验结果可知，未经处理的回填土最大干密度为1.55～1.62 g/cm，最优含水量为18.0%～25.3%。铺填料前，应清除场地的耕土及植被，分层填料的厚度、分层压实的遍数，根据所选用的压实设备，并通过试验确定，压实填土的质量以压实系数控制，须在基础设计时进行变形和强度验算，压实填土的承载力特征值根据现场静载荷试验确定。且须在回填施工中加强施工检测工作，确保施工质量，若强度和变形不能满足要求，或建(构)筑物对沉降较为敏感，可考虑采用桩基础，由于新回填的地基土层尚未完成固结，还需考虑桩的负摩阻力对桩的承载力的影响。

5.1.3 天然地基评价

拟建站址场地标高在18.10～36.30 m之间，场地设计标高为28.00 m。根据本次勘察，场地平整后，场地西侧主要为挖方区，拟建主变、GIS均位于此挖方区，最高开挖约8.3 m，主要露出③号土或④号土，消除膨胀影响后，若强度和变形能满足设计要求，该段地基可作为建(构)筑物的天然地基持力层，下部④号土是工程性质相对更好的下卧层。场地中部有少量的挖方区和填方区，与设计标高差距在3 m以内，场地西北侧、东南侧和东北侧自然地面低于设计标高，需进行回填，回填土最厚处可达10.0 m左右。回填土应进行分层压实，该地段地基处理可采用深挖换填或分层碾压回填的方法。将建(构)筑物基础坐落在级配碎石、毛石砼或压实填土上，回填土的承载力及变形需满足建(构)筑物要求。基于上述分析，本工程初步具备采用天然地基的条件，建议将主控楼、阀厅等重要建(构)筑物尽量布置在西部、中部等挖方区，回填区建议布置一般的轻型建(构)筑物，应根据地层勘察结果，对照规范要求，本着安全、经济的原则，结合基础型式、重要性等，灵活采用上述地基处理方法。此外，场平后，局部挖方区和填方区交错分布，且对于挖方区本身下伏地层空间展布各异，CFC基础设计时还应考虑地基均匀性的影响，对于一个连体建构筑物，应尽量保证该连体建筑物的基础位于同一持力层中，以减少不均匀沉降带来的危害[8-9]。

5.2 桩基分析评价与单桩竖向抗压承载力估算

由于拟建站址场地位于丘陵地带地貌单元上，场地有一定的高差，开挖区域工程地质条件较好，一般可采用天然地基。对于回填较深区域，拟建主控楼、构架主要位于该区域，回填深度最深约10 m，若回填土体经过检测不能满足强度和变形要求，则需考虑采用桩基础。部分区域回填土较厚，需考虑桩侧负摩阻力的影响，具体的参数及计算需根据场地回填材料和铺设方式确定。拟建站址工程场地地下水位埋深为0.5～6.1 m，结合地层中卵石分布情况，预制桩不适合本工程，钻孔灌注桩是比较理想的选择，桩型可考虑采用Φ600 mm的泥浆护壁钻孔灌注桩，以④号卵石层作为桩端持力层。现以钻孔C142为例进行单桩竖向抗压承载力估算，以④号卵石层作为桩端持力层，场地设计标高为28.00 m。在经过场平之后，场地需回填深度6.6 m，基础埋深考虑2.0 m，假定净桩长为20.0 m。由于拟建工程场地地基土分布不均匀，加上各处回填土层厚度也不同，当设计考虑采用桩基础时，应考虑地基土不均匀性的影响，并对桩基的承载力等设计参数予以复核。钻孔灌注桩施工时，会产生一定的施工废弃物、生活垃圾、泥浆等。其中，泥浆不可随意排放，应采用专门的全封闭罐式运输车把泥浆运输至指定地点排放，杜绝随地排浆，并保证罐车的封闭性良好，以免产生漏浆，污染环境；施工废弃物、生活垃圾等也应堆放在指定地点，不可随意丢弃，更不可掩埋在拟建工程场地内。

6 人工边坡稳定性评价

6.1 整体边坡设计

拟建工程场地位于丘陵地貌单元，设计场地标高为28.00 m，经过开挖回填平整后，场地围墙外侧会形成一定高度的挖方和填方边坡。本次拟建站址区围墙范围在原基础上有一定程度的缩小，边坡高度基本上均有一定程度的降低，现分为挖方边坡和填方边坡分别进行叙述。

1)挖方边坡

挖方边坡主要在拟建站址区西侧围墙处，边坡坡高最高处约为9 m，可采用自然放坡治理方案，分为两级放坡，第1级坡高为5 m，第2级坡高4 m，每级台阶边坡坡率为1∶1.3，台阶边坡之间设置2 m宽马道连接，整体坡率为1∶1.52。在边坡开挖中如出现较大的崩塌体，请及时通知设计方，进行局部加强支护设计。

2)填方边坡

填方边坡位于拟建站址区东侧、南侧和北侧围墙处，其中西北侧、东南侧和东北侧回填边坡高度较高，最高坡高为东北角处约为13 m。

填方边坡拟采用两种支护方案：坡高为0～11.0 m的边坡采用自然放坡方案，第1级坡高为5 m，坡率为1∶1.2，第2级坡高最高设6 m，坡率为1∶1.3，若第2级坡高小于5 m，可设坡率为1∶1.2；坡高为11.0～13.0 m的边坡采用上部自然放坡，下部重力式挡墙支护的方案，放坡处两级台阶的坡率均为1∶1.2，每级坡高5 m，中间设置马道宽度为2.5 m，在自然放坡坡底与挡土墙顶连接处设置2.0 m的平台。边坡应做好排水防水措施，可做好截水沟、马道排水沟和加固防渗等排水防水措施，同时边坡应做好坡面和坡脚的防护措施，防止雨水冲刷导致坡体发生破坏。

6.2 部分边坡稳定性验算

通过对坡形更改设计后，对典型坡面进行稳定性验算，结论分3块区域分别表述如下：1)拟建场地进站大门附近，因征地红线限制，现需做成坡高5 m，坡率为1∶0.8的挖方边坡，通过对边坡最高剖面P1验算，边坡稳定性满足要求；2)拟建场地西南角处，因征地红线限制，现需做成坡高7 m，坡率为1∶1.2的填方边坡，通过对边坡最高剖面P2和P3验算，边坡稳定性满足要求；3)拟建场地围墙中部南侧区域，因征地红线限制，现将总高约12 m的填方边坡做成两级放坡，每级坡高均为6 m，坡率均为1∶1.2，中间马道宽2.0 m，通过对边坡最高剖面P4验算，边坡稳定性满足要求。

7 结 论

1)拟建站址区尚无全新世活动性断裂的分布，近代地震活动的强度和频率较低，场地处在一个相对稳定的地质环境中，适宜工程建设。

2)拟建站址工程场地50年超越概率10%的地表水平向地震动峰值加速度为84 Gal，加速度分档为0.05 g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，设计地震分组为第1组。建筑场地类别属于Ⅱ类场地，属对建筑抗震一般地段。

3)场地地下水类型为孔隙潜水，地下水位埋深为0.5～6.1 m，水位标高根据地形变化较大，主要补给为大气降水，正常年水位变化幅度一般为1.00 m左右。拟建工程场地地下水和浅层地基土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。

4)因拟建站址区分布有膨胀土，当作为天然地基或回填土材料时应先进行消除膨胀性处理并做好防护措施。除此之外场地未发现滑坡、泥石流等地质灾害现象，根据勘察结果也未发现饱和砂土、粉土岩土层，可不考虑地震液化的影响。

5)拟建工程场地大气影响深度为3.43 m，大气影响急剧层深度为1.54 m。通过本次勘察，拟建工程场地内的②号土层、③号土层、④号土层均为膨胀土，膨胀潜势均为中。其中，②号土层的胀缩等级为Ⅱ级、③号土层的胀缩等级为Ⅰ级。工程建设时应通过基础深埋、土层换填、添加非膨胀材料或隔绝水源等方法消除膨胀土对拟建建构筑物的影响。

6)拟建站址属丘陵地带，标高在18.10～36.30 m之间，工程场地地基土类型为填土、黏土、黏土夹卵石、卵石、黏土夹层，②号土层、③号土层和④号土层，消除膨胀影响后该段地基可作为一般建(构)筑物的天然地基持力层，③号、④号土层可作为良好的天然地基持力层，④号土层可作为桩端持力层。

7)拟建站址场平后，围墙外侧会形成坡高最高约9 m的挖方边坡和坡高最高约13 m的填方边坡，挖方边坡可主要考虑自然放坡的形式；填方边坡在坡高低于11 m时，采用自然放坡的形式，当坡高高于11 m时应采用上部自然放坡，下部采用重力式挡墙支护的方法。同时边坡工程应做好排水防水措施，应做好坡面和坡脚的防护措施，防止雨水冲刷导致坡体发生破坏。