论强夯法地基处理技术在变电站工程中的应用

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摘要：变电站工程 主要特点 设计 施工 分析与评价

一、工程概况

将乐积善110kV变电站工程总用地面积5094m2。场地由工业园区自然堆积回填，整个场地回填土为松散状态，填料以强风化粉砂岩碎块混坡积粘性土为主。厚度约为6.7-8.8m，回填土存在自重固结尚未完成、高压缩性及承载力较低等问题，其天然地基承载力不能满足上部建筑物施工阶段及正常使用阶段的要求，需进行软土地基处理。设计针对变电站工程设备基础多，对沉降变形要求高的特点，设计采用强夯法处理素填土地基。强夯施工于2010年6月16日开始至8月12日结束。强夯总平面布置见图1。

二、地基处理方案的选择

1、工程地质的主要特点

①素填土层厚度较大

场地普遍分布松散状态的素填土，厚度约为6.7-8.8m。

②渗透性好，素填土以强风化粉砂岩碎块混坡积粘性土为主，强风化岩块块径多为5-10cm，下层为砂质粘土，渗透性好，有利于排水固结。

2、地基处理方案

根据变电站上部结构荷载情况，建筑场地地基承载力标准值不小于180kPa,压实系数要求达到0.95，通过对当地施工技术力量、施工经验的考察，初步选择桩基和强夯两种方案，但桩基较强夯方案仅地基基础一项就高出造价35万元，且在高填土地基中，桩与填土地坪可能会发生较大沉降差引起地坪开裂，道路和电缆沟下沉，因此最后决定采用强夯方案，处理高填土地基。

三、强夯参数的确定

1、单击夯击能

本工程强夯处理的深度为6.7-8.8m，根据当地的机械能力，决定选取夯锤重15t。由Menard公式可知，夯锤的落距：

h≥(D/K)2X10/W

取K=0.6，则h=13.4m，设计取落距15m，夯击能3000kN・m.

2、夯击次数

根据在试夯场地试夯所绘制的锤击数和夯沉量的关系曲线，在11击和12击，两击的平均夯沉量为3-5cm，实际施工中即以此作为最佳夯击能的控制值。

3、夯击遍数的确定

本工程采用三遍，第一、二遍为梅花布点，第三遍为低夯能（落距为6m）搭锤满夯。第一、二遍目的是处理深层，第三遍满夯的目的主要是处理表面土层尤其是夯坑之间的空隙。本工程经三遍夯击后，夯击面总下沉量达1200mm.

4、间歇时间

本工程采用的间歇时间定为7天，从检测的数据看，间歇时间缩短后没有发生异常现象。

5、最佳含水量的控制

根据确定的夯击能和夯击数，通过试夯，发现本工程填土在含水量为24%时，夯后干重度达到最大、孔隙比最小，即最佳含水量WOP=23%。因此确定施工含水量控制在22%-26%之间。

四、施工工艺

1、施工机械

强夯选用起吊能力为30吨履带吊机，吊钩为自动复位式脱钩器。施工机具主要由夯锤、起重机、自动脱钩器、滑轮组等组成。

2、强夯施工方法

施工时采用第一、二遍为点击，第三遍满夯，并按以下步骤进行:

a.清理并平整施工场地；

b.标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；

c.起重机就位，使夯锤对准夯点位置；

d.测量夯前锤顶高程；

e．将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成锤歪斜时，应及时将坑底整平；

f.重复步骤e，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；

g.重复步骤c、e，完成第一遍全部夯点的夯击；

h.用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；

i.在规定的间隔时间内，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量能满夯（锤印搭接1/3），将场地表层松土夯实，并测量场地高程。

3强夯施工参数

强夯施工时夯点按3.5×3.5m方形布置，隔点夯击，点夯两遍。第一遍单点夯击击数12击，夯击能为300kN・m，第二遍单点夯击击数8击，夯击能为300kN・m，第三遍满夯，低能量，夯击能为1200 kN・m，挨点梅花形夯打锤印搭接1/3，挨点以夯锤直径为准，不得以扩孔边为准，夯后原地整平。

4、保证加固效果的关键施工措施

为了加快孔隙水压力的消散速度，避免形成橡皮土，提高软土地基的加固效果，整个强夯区的排水措施就显得尤为重要。

排水沟及集水井采用挖土机原土开挖，沟宽4m，底部低于起夯面1.5m，要求排水沟能保持流水畅通。

五、强夯效果的检测与评价

1、现场监测的施工效果分析

1.1孔隙水压力监测本次孔隙水压力观测共进行了16个观测点的观测。每个测点设3个孔隙水压力计，埋设深度分别为2m、6m、8m，埋设后的孔隙水压力计在处读数稳定后，再进行强夯施工。强夯施工过程中孔隙水压力每天监测一次。由现场监测的孔隙水压力结果分析来看，孔隙水压力消散时间较快，一般只要2-3天就能消散，即可进行第二遍夯击，达到了节约工期的目的。

1.2夯沉量监测本次强夯施工中对每一夯点的夯沉量及总夯沉量均在1100mm-1300mm左右。

根据现场强夯施工记录来看，第一遍强夯时每一击的沉降量较大，总夯沉量已达800-1000mm，说明原场地上部土层结构比较松散。

根据现场强夯施工记录来看，第二遍强夯时每一击的沉降量较第一遍夯击时稍小，说明经第一遍强夯后，软弱土层已得到初步加固。

根据现场强夯施工记录来看，第三遍强夯时每一击的沉降量较第一、二遍夯击时小，说明软弱土层已得到进一步加固。

2现场检测的施工效果分析

2.1夯后试验本次施工完成后对本软基处理工程强夯进行了瑞雷波、静力触探、静荷载、以及标贯和土工参数检测。通过检测可知经强夯处理后场地地质情况有了明显改善：素填土层的土工参数大幅度提高，静载荷试验地基承载力特征值为210kpa；压实系数为0.95-0.96，填土层的自重固结已完成。

2.2在强夯完成后，展开独立基础的施工。从基坑开挖情况及看，地基土均匀密实，坚硬状，事故油池4.8米深基坑开挖现场边坡按1：0.25放坡，均未出现滑坡和坍方的现象，说明素填土层得到了压实固结。

2.3经过强夯法处理后，上部回填土得到压实，经静荷载试验，经强夯处理后，场地地基承载力特征值达到210kpa，因此本工程的所有建构筑物基础均采用浅基础，持力层为经强夯后的素填土层，道路和电缆沟道等设施不需采取其他处理方法，节约工程造价。

2.4本工程2011年2月竣工，竣工工半年后进行沉降观测，建构筑物基础的最大沉降量为13mm，框架结构相邻柱基沉降差为0.0008l，均小于《建筑地基基础设计规范》（GB 5007-2002）所规定的建筑物的地基变形允许值（沉降量允许值120mm，沉降差允许值0.002l）。

六、结论

综上所述，本次在应用强夯法地基处理技术取得了成功，完成变电站工程整个场地素填土地基处理工程，软弱土层得到压实固结、各项物理力学指标均有大幅度提升，场地地基承载力得到了提高。

通过本工程设计、施工，总结出了适用于素填土的“先点夯、高落距、处理深层，后满夯、低能量、处理表层”的夯击方式，确立了以不破坏土体宏观结构为原则的收锤标准，形成全面夯实回填土，降低能耗的一整套强夯法地基处理技术。