论文部分内容阅读
摘要：大厚度自重湿陷性黄土的地基处理方法、处理深度以及合理控制剩余湿陷量等是黄土地区工程设计中的难点、热点问题。本文从大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特点出发，进行3个方面的相关工作。首先论述大厚度自重湿陷性黄土地基处理的原则；然后，结合220kV及以下变电所内建（构）筑物的类别不同，提出不同建（构）筑物类别的处理方案，自重湿陷性黄土层厚度、宜采取的相应地基处理厚度和剩余湿陷量控制标准；最后，主要探讨丙类建（构）筑物采用换填垫层法较其它处理方案具有施工简便易行，质量易保证，可就地取材，造价低，施工工期短等显著优点，但由于不易达到满足剩余湿陷量不大于200mm的规范要求深度，因此应谨慎采用。
关键词：大厚度自重湿陷性黄土场地；湿陷性；桩基；预浸水法；换填垫层法
1 前言
近年来，随着国家经济的快速增长和工程建设的飞速发展，黄土地区变电所的建设项目日益增多，规模也越来越大，随之带来了许多新问题。在黄土地区主要反映为工程建设由低阶地向高阶地发展，湿陷性黄土层厚度增大，如建平哈拉道口变电所工程自重湿陷性黄土层厚大于20.0m，海原县武塬风电场一期49.5MW工程自重湿陷性黄土层厚大于25.0m等。处理如此深厚的湿陷性黄土地基缺少经验，难以把握，成为困扰黄土地区变电所工程设计人员的一个突出难题，甚至出现了唯桩是从，以及盲目采用桩基的现象。本文就220kV及以下变电所内建(构)筑物在大厚度湿陷性黄土上的处理原则和方法，结合工程实例进行初步探讨。
2 我国境内黄土分布情况
黄土在全世界分布面积约1.3×107km2，约占陆地总面积的9.3%，主要分布于中纬度干旱、半干旱地区，广泛分布于大陆内部，温带荒漠和荒漠地区的外缘等。我国黄土分布面积约4.5×105km2，其中具有湿陷性的约2.7×105km2，分布在北纬33°~47°之间。我国黄土面积分布之广、厚度之大以及地层层序之完整，是举世闻名的，它连续分布在甘肃的中东部、宁夏南部、陕西的西北部和中部、山西和河南的西部及其他一些地区。
3 湿陷性黄土及其地基处理方式概述
在湿陷性黄土地区，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）（以下简称《黄土规范》）中的规定，应根据建筑类别和建筑物对消除地基湿陷量的不同要求采取不同的地基处理方法。对于大厚度自重湿陷性黄土地基，一般采用土或灰土挤密桩法、预浸水法或桩基础等，只要严格按照《黄土规范》的要求进行地基处理，建筑物的安全使用是有保证的。但对于在大厚度自重湿陷性黄土场地上的220kV及以下变电所建(构)筑物，如果按照以上方法进行地基处理，则地基处理部分不仅工期长，相对费用大。这使得一般业主难以承受。
湿陷性黄土地区地基处理常用处理方法为：垫层法、夯实法(强夯、重夯)、挤密法、预浸水法以及化学加固法等。近年来，许多大型工程建设项目不得不建造在大厚度湿陷性黄土场地上，因而地基处理的深度和难度越来越大，而现有的地基处理方法(包括高能量强夯和挤密法等)，一般只能消除基底下10～15m地基土的湿陷性，当基底下的湿陷性黄土层厚度大于15m时，往往需要采用桩基础穿透湿陷性黄土层或预浸水法进行处理，为了使地基处理工作技术先进、经济合理、确保质量，今后尚应研究和开发行之有效的处理大厚度湿陷性黄土地基的新方法。
4 工程实例
4.1 工程概况
建平哈拉道口变电所工程位于辽宁省朝阳市建平县境内，交通较为方便。变电所内建筑物主要有综合楼、配电室、综合泵房、变压器、架构、无功补偿装置和车库等。
4.2 站址岩土工程条件
根据勘察揭露的地层资料，结合土工试验、原位测试及地区工程资料分析，按成因类型、地层岩性及物理力学性质的不同，将本次钻探深度内所揭露地层共分为五大层，各土层分布见图1。
根据本次试验成果结合相关地区经验综合分析：①层黄土自重湿陷系数为0.019～0.069，平均值0.039；湿陷系数为0.01～0.079，平均值0.039；湿陷起始压力16～214kPa，平均值75kPa。②和③层黄土不具湿陷性。总湿陷量和自重湿陷量计算结果详见表1。根据本次勘测试验成果结合相关工程资料综合判定：该场地为Ⅳ级严重自重湿陷性场地。
4.3 站址地基处理
由于在220kV及以下变电所中架构等非重要建（构）筑物的建筑类别为丁类，根据《黄土规范》可不作地基处理；主变及综合楼等建筑类别为丙类，根据《黄土规范》当地基湿陷等级为Ⅲ级或Ⅳ时，对多层建筑宜采用整片处理，地基处理厚度分别不应小于3m或4m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量，单层及多层建筑均不应大于200mm。
根据勘察成果结合《黄土规范》中的规定，采用垫层法、强夯法挤密桩法均无法满足规范要求，故考虑采用桩基和预浸水等其他方法。但采用桩基时，地基处理费用对整体项目费用所占比例大；预浸水法又施工周期较长，该项目工期又比较紧，因此，甲方希望能对地基处理部分进行优化设计。
根据本工程项目的特点结合同类工程的经验认为，在做好地基竖向排水设计后，只要没有地下水位区域性上升或农灌工程的长期侧向渗透影响，深部没有产生剩余湿陷变形的浸水条件，理论计算的湿陷变形量不可能发生。根据区域水文地质资料，本区地下水埋藏较深，一般为潜水类型，潜水水位埋深大于50m。本工程基础设计可不考虑地下水的影响。又由于该工程项目的特点是该场址周边农田均为旱田，即农灌工程不会影响该工程地基。因此，只要保证处理后人工地基不会发生垂直渗透作用，本工程项目的建(构)筑物是可以安全使用的。
经过请教有关黄土专家认可，220kV及以下变电所中架构等非重要建（构）筑物可不作地基处理；主变及综合楼等可采用约1.5m厚整片素土垫层再加1.0~1.5m厚3：7灰土整片垫层方案。要求灰土及素土分层回填夯实，每层取样检验，压实系数均不得小于0.95；整片垫层外放宽度根据建(构)筑物的重要程度及受水浸湿的可能性大小从基础外边缘外放不小于处理土层厚度的1/2，并不小于2.0m，工程竣工后做好雨水、生产废水、生活污水等排水工作。
根据《黄土规范》相关条款整片垫层方案显然不符合要求，但正如前面所述原因，该工程地基不可能发生地下水位区域性上升或农灌工程的长期侧向渗透，根据以往工程经验及大量试验证明2.5~3.0m厚素土加灰土整片垫层完全可以解决垂直渗透问题。且由于220kV及以下变电所中建(构)筑物特点均在3层以下，即地基上的附加荷载比较小，2.5~3.0m厚素土加灰土整片垫层每层压实系数≥0.95时其承载力特征值应≥200kPa，完全可以满足原基础设计要求。该工程项目现已全部竣工，甲方反映良好。
5 结语
大厚度湿陷性黄土地基上的220kV及以下变电所建(构)筑物采用换填垫层法较其他桩基类处理方案具有施工简便易行，质量易保证，可就地取材，造价低，施工工期短等显著优点，但由于不易达到满足剩余湿陷量不大于200cm的规范要求深度，因此应谨慎采用。必须满足以下条件：
(1)填挖改造场地慎用；
(2)换填深度以下没有竖直及侧向渗透条件；
(3)严格控制素土及灰土的压实质量，要求分层铺垫，逐层压实，分层检验，且每层压实系数均不得小于0.95；
(4)应保证足够的外扩处理范围；
(5)应征求有关专家的指导意见；
(6)要求在使用过程中做好建(构)筑物的维护工作，防止雨水、生产废水、生活污水等侵入建筑地基，保证所有给排水设施及场地排水等通畅，变电所内及周边不致发生渗漏现象。对变电所绿化等也应采取相应防水措施。
参考文献
[1]陕西省计划委员会编写组 《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004） 北京：中国建筑工业出版社，2004
[2]《工程地质手册》编委会编写组 《工程地质手册》（第四版） 北京：中国建筑工业出版社，2007
关键词：大厚度自重湿陷性黄土场地；湿陷性；桩基；预浸水法；换填垫层法
1 前言
近年来，随着国家经济的快速增长和工程建设的飞速发展，黄土地区变电所的建设项目日益增多，规模也越来越大，随之带来了许多新问题。在黄土地区主要反映为工程建设由低阶地向高阶地发展，湿陷性黄土层厚度增大，如建平哈拉道口变电所工程自重湿陷性黄土层厚大于20.0m，海原县武塬风电场一期49.5MW工程自重湿陷性黄土层厚大于25.0m等。处理如此深厚的湿陷性黄土地基缺少经验，难以把握，成为困扰黄土地区变电所工程设计人员的一个突出难题，甚至出现了唯桩是从，以及盲目采用桩基的现象。本文就220kV及以下变电所内建(构)筑物在大厚度湿陷性黄土上的处理原则和方法，结合工程实例进行初步探讨。
2 我国境内黄土分布情况
黄土在全世界分布面积约1.3×107km2，约占陆地总面积的9.3%，主要分布于中纬度干旱、半干旱地区，广泛分布于大陆内部，温带荒漠和荒漠地区的外缘等。我国黄土分布面积约4.5×105km2，其中具有湿陷性的约2.7×105km2，分布在北纬33°~47°之间。我国黄土面积分布之广、厚度之大以及地层层序之完整，是举世闻名的，它连续分布在甘肃的中东部、宁夏南部、陕西的西北部和中部、山西和河南的西部及其他一些地区。
3 湿陷性黄土及其地基处理方式概述
在湿陷性黄土地区，根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）（以下简称《黄土规范》）中的规定，应根据建筑类别和建筑物对消除地基湿陷量的不同要求采取不同的地基处理方法。对于大厚度自重湿陷性黄土地基，一般采用土或灰土挤密桩法、预浸水法或桩基础等，只要严格按照《黄土规范》的要求进行地基处理，建筑物的安全使用是有保证的。但对于在大厚度自重湿陷性黄土场地上的220kV及以下变电所建(构)筑物，如果按照以上方法进行地基处理，则地基处理部分不仅工期长，相对费用大。这使得一般业主难以承受。
湿陷性黄土地区地基处理常用处理方法为：垫层法、夯实法(强夯、重夯)、挤密法、预浸水法以及化学加固法等。近年来，许多大型工程建设项目不得不建造在大厚度湿陷性黄土场地上，因而地基处理的深度和难度越来越大，而现有的地基处理方法(包括高能量强夯和挤密法等)，一般只能消除基底下10～15m地基土的湿陷性，当基底下的湿陷性黄土层厚度大于15m时，往往需要采用桩基础穿透湿陷性黄土层或预浸水法进行处理，为了使地基处理工作技术先进、经济合理、确保质量，今后尚应研究和开发行之有效的处理大厚度湿陷性黄土地基的新方法。
4 工程实例
4.1 工程概况
建平哈拉道口变电所工程位于辽宁省朝阳市建平县境内，交通较为方便。变电所内建筑物主要有综合楼、配电室、综合泵房、变压器、架构、无功补偿装置和车库等。
4.2 站址岩土工程条件
根据勘察揭露的地层资料，结合土工试验、原位测试及地区工程资料分析，按成因类型、地层岩性及物理力学性质的不同，将本次钻探深度内所揭露地层共分为五大层，各土层分布见图1。
根据本次试验成果结合相关地区经验综合分析：①层黄土自重湿陷系数为0.019～0.069，平均值0.039；湿陷系数为0.01～0.079，平均值0.039；湿陷起始压力16～214kPa，平均值75kPa。②和③层黄土不具湿陷性。总湿陷量和自重湿陷量计算结果详见表1。根据本次勘测试验成果结合相关工程资料综合判定：该场地为Ⅳ级严重自重湿陷性场地。
4.3 站址地基处理
由于在220kV及以下变电所中架构等非重要建（构）筑物的建筑类别为丁类，根据《黄土规范》可不作地基处理；主变及综合楼等建筑类别为丙类，根据《黄土规范》当地基湿陷等级为Ⅲ级或Ⅳ时，对多层建筑宜采用整片处理，地基处理厚度分别不应小于3m或4m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量，单层及多层建筑均不应大于200mm。
根据勘察成果结合《黄土规范》中的规定，采用垫层法、强夯法挤密桩法均无法满足规范要求，故考虑采用桩基和预浸水等其他方法。但采用桩基时，地基处理费用对整体项目费用所占比例大；预浸水法又施工周期较长，该项目工期又比较紧，因此，甲方希望能对地基处理部分进行优化设计。
根据本工程项目的特点结合同类工程的经验认为，在做好地基竖向排水设计后，只要没有地下水位区域性上升或农灌工程的长期侧向渗透影响，深部没有产生剩余湿陷变形的浸水条件，理论计算的湿陷变形量不可能发生。根据区域水文地质资料，本区地下水埋藏较深，一般为潜水类型，潜水水位埋深大于50m。本工程基础设计可不考虑地下水的影响。又由于该工程项目的特点是该场址周边农田均为旱田，即农灌工程不会影响该工程地基。因此，只要保证处理后人工地基不会发生垂直渗透作用，本工程项目的建(构)筑物是可以安全使用的。
经过请教有关黄土专家认可，220kV及以下变电所中架构等非重要建（构）筑物可不作地基处理；主变及综合楼等可采用约1.5m厚整片素土垫层再加1.0~1.5m厚3：7灰土整片垫层方案。要求灰土及素土分层回填夯实，每层取样检验，压实系数均不得小于0.95；整片垫层外放宽度根据建(构)筑物的重要程度及受水浸湿的可能性大小从基础外边缘外放不小于处理土层厚度的1/2，并不小于2.0m，工程竣工后做好雨水、生产废水、生活污水等排水工作。
根据《黄土规范》相关条款整片垫层方案显然不符合要求，但正如前面所述原因，该工程地基不可能发生地下水位区域性上升或农灌工程的长期侧向渗透，根据以往工程经验及大量试验证明2.5~3.0m厚素土加灰土整片垫层完全可以解决垂直渗透问题。且由于220kV及以下变电所中建(构)筑物特点均在3层以下，即地基上的附加荷载比较小，2.5~3.0m厚素土加灰土整片垫层每层压实系数≥0.95时其承载力特征值应≥200kPa，完全可以满足原基础设计要求。该工程项目现已全部竣工，甲方反映良好。
5 结语
大厚度湿陷性黄土地基上的220kV及以下变电所建(构)筑物采用换填垫层法较其他桩基类处理方案具有施工简便易行，质量易保证，可就地取材，造价低，施工工期短等显著优点，但由于不易达到满足剩余湿陷量不大于200cm的规范要求深度，因此应谨慎采用。必须满足以下条件：
(1)填挖改造场地慎用；
(2)换填深度以下没有竖直及侧向渗透条件；
(3)严格控制素土及灰土的压实质量，要求分层铺垫，逐层压实，分层检验，且每层压实系数均不得小于0.95；
(4)应保证足够的外扩处理范围；
(5)应征求有关专家的指导意见；
(6)要求在使用过程中做好建(构)筑物的维护工作，防止雨水、生产废水、生活污水等侵入建筑地基，保证所有给排水设施及场地排水等通畅，变电所内及周边不致发生渗漏现象。对变电所绿化等也应采取相应防水措施。
参考文献
[1]陕西省计划委员会编写组 《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004） 北京：中国建筑工业出版社，2004
[2]《工程地质手册》编委会编写组 《工程地质手册》（第四版） 北京：中国建筑工业出版社，2007