一种用于变电站软土地基施工的强夯置换综合法

摘要

本发明涉及建筑地基处理技术领域，尤其涉及一种适用于软土地基的强夯置换综合法。本发明的强夯置换综合法包括在强夯置换前对基础地面进行预处理，然后回填结构密实的含散体颗粒和生石灰的混合土料，在点式置换完成强夯墩体后，铺设砂夹碎石垫层，并经碾压密实。通过使用本发明的方法对变电所建、构筑物地基进行处理后，最终形成块(碎)石墩，块(碎)石墩与周围混有砂石及土的夯间土形成复合地基。经本发明的强夯置换综合法处理的地基，既提高了地基强度，又改善了排水条件，有利于软土的固结。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑地基处理技术领域，尤其涉及一种适用于软土地基的强夯置换综合法。

背景技术

在建的变电所等部分功能性建筑有相当一部分是建在软土地基上。为确保变电所建筑物及变电所安装设备的基础稳固，目前通常的处理方法是采用桩基，真空预压、真空堆载预压、堆载预压等形式。

采用桩基处理变电所地基时，由于一般变电所的占地面积较大，这样就只能对主要的建、构筑物以及主要的构支架下采用桩基，而且采用不同的桩长；其他的水工构筑物以及道路、围墙、电缆沟下只得采用其他形式的地基处理方式，如水泥土搅拌桩、素砼灌注桩等形式，这样在处理的时间以及费用上都要花费大量的时间和财力。通常情况下，每一个变电所都不可能一次就完成投入建成，而要后期扩建一部分，往往在建设一期时，应将基础处理全部完成，这就可能导致在后期扩建时，因为种种原因，给扩建带来不少的矛盾和困难，如设备的选型受限制等。

采用真空预压、真空堆载预压、堆载预压等形式处理时，将要花费很长的时间，而且由于地基的差异性等原因，在最后的处理效果上也不是很理想。在最后的投产使用过程中出现了很多的问题，危及功能性建筑，特别如变电所等具有大型设备建筑场所的安全运行。

一般经过以上方法处理过的变电所建成并投入运行一、二年后，出现的一些不良现象，主要有：电缆沟开裂、损坏；个别端子箱倾斜；220kV场地地基下沉引起220kV正母线(管母型)弯曲严重，使正母闸刀静触头与绝缘支柱脱离等事故隐患。

目前国内针对由于地基密实度和强度低、承载力差导致的地基土在承受上部压力时容易出现较大的压缩变形，造成建筑物结构产生裂缝和不均匀沉降的问题，最为有效的方法为强夯置换法。强夯置换法主要是利用重锤高落差产生的高冲击能力排开软土，再夯入石块、碎石、片石、矿渣、砂以及其他粗颗粒材料等性能较好的材料强力挤入地基中，在地基中形成一个个的粒料墩，墩与墩之间土形成复合地基，以提高地基承载能力。CN1743561A公开了一种改进的新型柱锤强夯置换法。

因为一般变电所对地基承载力的要求较低，如变电所建构筑物均在一～二层左右，一般要求地基承载力在100kpa即可，对于构支架而言，相对建、构筑物的要求就更小。如果在变电所设计过程时采用强夯置换综合法处理后，从承载力以及沉降变形上均能完全满足变电所建、构筑物以及构支架的要求，而且是对全所地基一次性的全部处理完成，对于后期的改扩建会带来很大的方便，同时对于全所在以后运行后所产生的不均匀沉降问题也会得到很好的解决。

如何设计一种适合变电所软土地基的强夯置换综合法是摆在科技技术人员面前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种针对于变电所软土地基的强夯置换综合法，旨在解决减小变电所地基不均匀沉降等问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的用于变电所软土地基施工的强夯置换综合法，包括在强夯置换前对基础地面进行预处理，然后回填结构密实，级配良好、抗剪强度高的石料、山皮土和/或塘渣等散体颗粒以及生石灰的混合土料，在点式置换完成强夯柱体后，铺设砂夹碎石垫层，并碾压密实。具体的，包括以下步骤：

(1)场地平整：按设计标高，挖除表层耕植如芦苇耕植、及杂填土；

(2)回填土层：回填包括生石灰和散体颗粒的混合土料，所述的散体颗粒选自石料、山皮土、和塘渣中的至少一种；

(3)点式置换完成强夯墩体；

(4)铺设砂夹碎石垫层，并碾压密实。

在本发明的方法中，是对整个地基进行回填，在回填土层达到设计标高后，再放线布点，进行点式置换强夯处理。

在本发明的优选实施方案中，所述的回填土层中生石灰与散体颗粒的体积比为1∶2--1∶3；所述的混合土料中有机质的体积含量小于5％，且不含膨胀土。

更优选，所述的回填土层中距墩顶设计标高附近的混合土料中也可以掺加石膏和水泥，掺加的量为生石灰用量的3％～10％(体积)。

在本发明的具体实施中，混合土料中生石灰与散体颗粒的体积比可优选用1∶2或1∶3；墩顶设计标高附近的生石灰用量不宜过大，优选掺加石膏和水泥。对于石膏和水泥没有特别的限制，根据实际需要和经验选择即可。

在本发明的方法中，允许使用的混合土料的含粉量小于10％。优选所述的混合土料中重量含量大于90％的颗粒粒径在200～500mm之间，其中粒径大于300mm的颗粒的重量含量小于混合土料总重的10％。

在本发明的方法的具体实施时，所述的回填土层的厚度依据设计标高确定，优选所述的回填土层的厚度约为1.5m。

在本发明的优选实施方案中，所述的铺设的砂夹碎石垫层的含泥量应小于3％，且不含如植物残体、垃圾的杂质；经碾压密实后，密实度不小于0.94，其中碎石的最大粒径为20mm。在具体实施时，碎石占全重比例及压实系数按承载力要求现场试验确定即可。

在本发明的强夯置换综合法中，所述的点式置换强夯墩体的夯墩位布置可为梅花形均布和满夯两种布置，墩距为1.5～2.0倍锤底直径。

在具体实施时，优选所述的强夯场地分别按以下两种布置形式强夯：

(1)主夯和间夯呈正方形布置，边长3.2m；满夯锤印相切；

(2)主夯和间夯呈梅花形布置，边长4.0m；满夯锤印相切。

更优选，所述的点式强夯置换满足：单点击数为主夯不少于9击，间夯不少于6击，且最后3击，每击夯坑沉量小于等于5cm；满夯3击；夯击遍数为4遍，其中第1、2遍为跳行夯击全部夯点，第3遍为间夯，即在每个主夯点斜向对角补一夯点，第4遍为满夯，强夯置换处理深度小于等于5m。

在本发明的强夯置换法具体实施过程中，应注意测定如下数据，以确保施工质量：

(1)强夯前的场地标高，各遍夯后整平标高；

(2)各遍夯点最后三击的夯沉量，计算出夯坑的总下沉深度，各遍在整个夯区内均匀的选一定数量的点测每一击的下沉量，作为与强夯比较和检测参考、满夯只在开始时，以贯入度控制，得出锤击数，以后以此数为准施打，不再作测量；

(3)强夯中若发现地面变化较大时，需作隆降观测；

(4)强夯形成的夯坑直径，主要在强夯时测定，作为计算土体压缩及填料量的参考；

(5)记录各夯坑的填料数量；

(6)做好原位测试、土工试验、静力触探试验、标准贯入试验等检测工作，现场做载荷试验、旁压试验、波速法试验等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过对建、构筑物地基进行强夯置换综合法处理后，最终形成块(碎)石墩，块(碎)石墩与周围混有砂石及土的夯间土形成复合地基，既提高了地基强度，又改善了排水条件，有利于软土的固结。

2、经本发明的方法处理的变电所地基的承载力完全可以满足全所建、构筑物的上部结构要求，对于变电所后期的扩建以及设备的选型及安装也带来了很大的方便。

附图说明

图1是本发明夯墩位正方形夯点布置图；

图2是本发明夯墩位梅花形夯点布置图；

图3是本发明夯墩位满夯夯点布置图；

图4是经本发明方法处理后基础地面场地剖面图。

1--建构筑物基础；2--场地回填土层；3-砂夹碎石垫层；4--墩间土；

5--墩体

具体实施方式

下面结合附图对本发明的强夯置换综合法作进一步详细描述。

一、本实施例变电所的所址自然条件及地质条件

本实施例所址地貌类型属冲积海积平原，场地原为海涂养殖场。场地地形较平坦。所址附近河流纵横，所区基本积水，地表水系发育。所址浅部地基土主要为第四系冲积海积相沉积物组成，现将勘探深度范围内土层性状自上而下分述如下：

(0)层素填土：灰黄色，很湿，结构松散，主要由淤泥质土、粘性土组成。该层主要分布于所区塘堤部位，层厚0.70～1.50m。

(1)层淤泥：灰色，饱和，流塑，干强度高，含少量有机质及云母片，局部该层底部夹有粉土层，系新近沉积，性质差。该层在所区均有分布，层厚2.70～4.10m，层顶标高0.33～2.00m，一般在1.30m左右；地基承载力特征值f_ak＝50kPa。

(2-1)层粉土夹淤泥质粉质粘土：灰黄、灰色，很湿，稍密为主，干强度中等偏低，韧性中等偏低，夹有淤泥质粉质粘土层(灰色，饱和，流塑)，该层局部为中密状粉土。该层在所区均有分布，层厚11.50～13.10m，层顶标高-2.97～-0.79m；地基承载力特征值f_ak＝100kPa。

(2-2)层粉土：灰、灰黄色，湿～稍湿，中密为主，干强度低，韧性低，含少量粉沙。该层在所区均有分布，层厚4.60～6.50m，层顶标高-14.57～-13.29m；地基承载力特征值f_ak＝170kPa。

(3)层淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，干强度中等偏高，含少量粉粒及有机质。该层在所区均有分布，层厚8.30～12.50m，层顶标高-20.57～-18.80m；地基承载力特征值f_ak＝80kPa。

(4-1)层粉土：灰、灰黄色，湿～稍湿，中密为主，干强度低，韧性低，含少量粉沙。层厚1.20～3.40m，层顶标高-28.71～-28.07m；地基承载力特征值f_ak＝150kPa。

(4-2)层粉质粘土：灰、灰黄色，湿，可塑为主，干强度中等，韧性中等，含少量粉粒。该层在所区均有分布，层厚0.90～2.80m，层顶标高-31.69～-29.89m；地基承载力特征值f_ak＝120kPa。

(4-3)层粉质粘土：灰黄色，湿～稍湿，可塑，干强度中等，韧性中等，含少量粉粒，局部为粉土、粉沙。该层在所区均有分布，一般层厚1.70～3.40m，层顶标高-33.59～-31.87m  局部该层厚度大于7.10m；地基承载力特征值f_ak＝150kPa。

(5)层粉土：灰黄色，湿～稍湿，中密～密实，干强度低，韧性低，局部为粉沙。

场地地下水对混凝土无腐蚀性；在干湿交替条件下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋有中等腐蚀性；地下水对钢结构有中等腐蚀性。

二、本实施例主要技术数据

基本风压值：0.70kN/m²；基本雪压值：0.45kN/m²

根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001)及《中国地震动反应谱特征周期区划图》(GB18306-2001)，所址未来50年超越概率10％的地震动峰值加速度为0.05g(g为重力加速度)，相应的抗震设防烈度为6度。所区土类型为软弱土，建筑场地类别为IV类，属于抗震不利地段。

三、本实施例变电所区总平面布置

总平面布置参照国家电网公司220kV变电站典型设计A-5方案和“两型一化”，根据出线规模相应调整。

由于场地较平整，在满足防洪、防涝前提下并考虑到变电所周围的规划要求，整个场地的地面采用平坡式布置。场地自然标高为1.05～2.93m左右(1985国家高程基准，下同)。所址附近频率为1％高潮位4.00m，一线海塘设计标准为50年一遇；频率为1％内涝洪水位3.49m。

四、使用本发明的强夯置换综合法处理变电所的软土地基的具体步骤：

(1)在强夯施工之前，挖除表层芦苇耕植、杂填土，平整场地；

(2)回填结构密实、级配良好、抗剪强度高的含生石灰，石料、山皮土、或塘渣等散体颗粒的混合土料，其中生石灰与散体颗粒的体积比选用1∶3，墩顶设计标高附近掺加石膏和水泥，石膏和水泥的用量为1∶1，两者的总掺加量为生石灰体积用量的5％左右；回填土层的厚度为1.5m，土料中有机质体积含量不得超过5％，不含有膨胀土。混合土料的颗粒粒径在200～500mm间，粒径大于300mm的颗粒的重量含量为混合土料全重的8％，含粉量为混合土料总重的6％。

(3)进行点式置换完成强夯柱体；设计参数如下：

(a)确定主夯、满夯的夯击能。

主夯和间夯2400kN.m(锤重160kN，直径2.1m，落距15m)；满夯1200kN·m(锤重160kN，直径2.1m，落距7.5m)。

(b)锤底静接地压力值可取100～250kPa，锤重宜取150～200kN，锤底面应对称设置若干与顶面贯通的排气孔孔径可取250～300mm。

(c)由图1-3可见：夯墩位采用梅花形均布和满夯两种布置，墩距可取1.5～2.0倍锤底直径。具体强夯参数如下：

A、单点击数：主夯不少于9击，间夯不少于6击，要求最后3击，每击夯坑沉量小于等于5cm；满夯3击。

B、强夯场地可以分别按以下两种布置形式强夯：主夯和间夯正方形布置，边长3.2m；满夯锤印相切；主夯和间夯梅花形布置，边长4.0m；满夯锤印相切。

C、夯击遍数：4遍，其中1、2遍为跳行夯击全部夯点，第3遍为间夯，即在每个主夯点斜向对角补一夯点，第4遍为满夯。

D、强夯置换处理深度：≤5m。

(4)铺设500mm厚砂夹碎石垫层，并经碾压密实，密实度不小于0.94。砂夹碎石垫层不得含植物残体、垃圾等杂质，含泥量约为2％。碎石最大粒径20mm。

由图4可见，通过本发明的方法对变电所的全所地基进行强夯置换综合法处理后，最终形成块(碎)石墩，块(碎)石墩与周围混有砂石及土的夯间土形成复合地基，其中包括建构筑基础层1、场地回填土层2、500mm厚级配碎石垫层3、墩间土4、墩体5。经本发明的强夯置换综合法处理的地基，既提高了地基强度，又改善了排水条件，有利于软土的固结。经检测地基承载力特征值可以达到120KPa，这样就完全可以满足全变电所的上部结构要求。