220kV及以下變電所建(構)筑物在大厚度自重濕陷性黃土地區地基處理探討

摘要：大厚度自重濕陷性黃土的地基處理方法、處理深度以及合理控制剩余濕陷量等是黃土地區工程設計中的難點、熱點問題。本文從大厚度自重濕陷性黃土濕陷變形特點出發，進行3個方面的相關工作。首先論述大厚度自重濕陷性黃土地基處理的原則；然后，結合220kV及以下變電所內建（構）筑物的類別不同，提出不同建（構）筑物類別的處理方案，自重濕陷性黃土層厚度、宜采取的相應地基處理厚度和剩余濕陷量控制標準；最后，主要探討丙類建（構）筑物采用換填墊層法較其它處理方案具有施工簡便易行，質量易保證，可就地取材，造價低，施工工期短等顯著優點，但由于不易達到滿足剩余濕陷量不大于200mm的規范要求深度，因此應謹慎采用。

關鍵詞：大厚度自重濕陷性黃土場地；濕陷性；樁基；預浸水法；換填墊層法

1 前言

近年來，隨著國家經濟的快速增長和工程建設的飛速發展，黃土地區變電所的建設項目日益增多，規模也越來越大，隨之帶來了許多新問題。在黃土地區主要反映為工程建設由低階地向高階地發展，濕陷性黃土層厚度增大，如建平哈拉道口變電所工程自重濕陷性黃土層厚大于20.0m，海原縣武塬風電場一期49.5MW工程自重濕陷性黃土層厚大于25.0m等。處理如此深厚的濕陷性黃土地基缺少經驗，難以把握，成為困擾黃土地區變電所工程設計人員的一個突出難題，甚至出現了唯樁是從，以及盲目采用樁基的現象。本文就220kV及以下變電所內建(構)筑物在大厚度濕陷性黃土上的處理原則和方法，結合工程實例進行初步探討。

2 我國境內黃土分布情況

黃土在全世界分布面積約1.3×107km2，約占陸地總面積的9.3%，主要分布于中緯度干旱、半干旱地區，廣泛分布于大陸內部，溫帶荒漠和荒漠地區的外緣等。我國黃土分布面積約4.5×105km2，其中具有濕陷性的約2.7×105km2，分布在北緯33°~47°之間。我國黃土面積分布之廣、厚度之大以及地層層序之完整，是舉世聞名的，它連續分布在甘肅的中東部、寧夏南部、陜西的西北部和中部、山西和河南的西部及其他一些地區。

3 濕陷性黃土及其地基處理方式概述

在濕陷性黃土地區，根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）（以下簡稱《黃土規范》）中的規定，應根據建筑類別和建筑物對消除地基濕陷量的不同要求采取不同的地基處理方法。對于大厚度自重濕陷性黃土地基，一般采用土或灰土擠密樁法、預浸水法或樁基礎等，只要嚴格按照《黃土規范》的要求進行地基處理，建筑物的安全使用是有保證的。但對于在大厚度自重濕陷性黃土場地上的220kV及以下變電所建(構)筑物，如果按照以上方法進行地基處理，則地基處理部分不僅工期長，相對費用大。這使得一般業主難以承受。

濕陷性黃土地區地基處理常用處理方法為：墊層法、夯實法(強夯、重夯)、擠密法、預浸水法以及化學加固法等。近年來，許多大型工程建設項目不得不建造在大厚度濕陷性黃土場地上，因而地基處理的深度和難度越來越大，而現有的地基處理方法(包括高能量強夯和擠密法等)，一般只能消除基底下10～15m地基土的濕陷性，當基底下的濕陷性黃土層厚度大于15m時，往往需要采用樁基礎穿透濕陷性黃土層或預浸水法進行處理，為了使地基處理工作技術先進、經濟合理、確保質量，今后尚應研究和開發行之有效的處理大厚度濕陷性黃土地基的新方法。

4 工程實例

4.1 工程概況

建平哈拉道口變電所工程位于遼寧省朝陽市建平縣境內，交通較為方便。變電所內建筑物主要有綜合樓、配電室、綜合泵房、變壓器、架構、無功補償裝置和車庫等。

4.2 站址巖土工程條件

根據勘察揭露的地層資料，結合土工試驗、原位測試及地區工程資料分析，按成因類型、地層巖性及物理力學性質的不同，將本次鉆探深度內所揭露地層共分為五大層，各土層分布見圖1。

根據本次試驗成果結合相關地區經驗綜合分析：①層黃土自重濕陷系數為0.019～0.069，平均值0.039；濕陷系數為0.01～0.079，平均值0.039；濕陷起始壓力16～214kPa，平均值75kPa。②和③層黃土不具濕陷性。總濕陷量和自重濕陷量計算結果詳見表1。根據本次勘測試驗成果結合相關工程資料綜合判定：該場地為Ⅳ級嚴重自重濕陷性場地。

4.3 站址地基處理

由于在220kV及以下變電所中架構等非重要建（構）筑物的建筑類別為丁類，根據《黃土規范》可不作地基處理；主變及綜合樓等建筑類別為丙類，根據《黃土規范》當地基濕陷等級為Ⅲ級或Ⅳ時，對多層建筑宜采用整片處理，地基處理厚度分別不應小于3m或4m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量，單層及多層建筑均不應大于200mm。

根據勘察成果結合《黃土規范》中的規定，采用墊層法、強夯法擠密樁法均無法滿足規范要求，故考慮采用樁基和預浸水等其他方法。但采用樁基時，地基處理費用對整體項目費用所占比例大；預浸水法又施工周期較長，該項目工期又比較緊，因此，甲方希望能對地基處理部分進行優化設計。

根據本工程項目的特點結合同類工程的經驗認為，在做好地基豎向排水設計后，只要沒有地下水位區域性上升或農灌工程的長期側向滲透影響，深部沒有產生剩余濕陷變形的浸水條件，理論計算的濕陷變形量不可能發生。根據區域水文地質資料，本區地下水埋藏較深，一般為潛水類型，潛水水位埋深大于50m。本工程基礎設計可不考慮地下水的影響。又由于該工程項目的特點是該場址周邊農田均為旱田，即農灌工程不會影響該工程地基。因此，只要保證處理后人工地基不會發生垂直滲透作用，本工程項目的建(構)筑物是可以安全使用的。

經過請教有關黃土專家認可，220kV及以下變電所中架構等非重要建（構）筑物可不作地基處理；主變及綜合樓等可采用約1.5m厚整片素土墊層再加1.0~1.5m厚3：7灰土整片墊層方案。要求灰土及素土分層回填夯實，每層取樣檢驗，壓實系數均不得小于0.95；整片墊層外放寬度根據建(構)筑物的重要程度及受水浸濕的可能性大小從基礎外邊緣外放不小于處理土層厚度的1/2，并不小于2.0m，工程竣工后做好雨水、生產廢水、生活污水等排水工作。

根據《黃土規范》相關條款整片墊層方案顯然不符合要求，但正如前面所述原因，該工程地基不可能發生地下水位區域性上升或農灌工程的長期側向滲透，根據以往工程經驗及大量試驗證明2.5~3.0m厚素土加灰土整片墊層完全可以解決垂直滲透問題。且由于220kV及以下變電所中建(構)筑物特點均在3層以下，即地基上的附加荷載比較小，2.5~3.0m厚素土加灰土整片墊層每層壓實系數≥0.95時其承載力特征值應≥200kPa，完全可以滿足原基礎設計要求。該工程項目現已全部竣工，甲方反映良好。

5 結語

大厚度濕陷性黃土地基上的220kV及以下變電所建(構)筑物采用換填墊層法較其他樁基類處理方案具有施工簡便易行，質量易保證，可就地取材，造價低，施工工期短等顯著優點，但由于不易達到滿足剩余濕陷量不大于200cm的規范要求深度，因此應謹慎采用。必須滿足以下條件：

(1)填挖改造場地慎用；

(2)換填深度以下沒有豎直及側向滲透條件；

(3)嚴格控制素土及灰土的壓實質量，要求分層鋪墊，逐層壓實，分層檢驗，且每層壓實系數均不得小于0.95；

(4)應保證足夠的外擴處理范圍；

(5)應征求有關專家的指導意見；

(6)要求在使用過程中做好建(構)筑物的維護工作，防止雨水、生產廢水、生活污水等侵入建筑地基，保證所有給排水設施及場地排水等通暢，變電所內及周邊不致發生滲漏現象。對變電所綠化等也應采取相應防水措施。

參考文獻

[1]陜西省計劃委員會編寫組 《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004） 北京：中國建筑工業出版社，2004

[2]《工程地質手冊》編委會編寫組 《工程地質手冊》（第四版） 北京：中國建筑工業出版社，2007