基于膨胀土变电站地基处理中的方法研究

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【摘 要】 膨胀土是非常不稳定的一种高塑性质的粘土，我国的膨胀土分布面积是世界上面积最大，最广的国家之一。由于膨胀土中颗粒里的粘粒占总含量的百分之三十以上，所以其具有浓缩性，裂隙性和超固结性的特性，对气候的感应变化十分明显。在四川地区，许多新建的变电站都处在膨胀土的地区，所以如何解决变电站地基问题就变得很重要，因为一旦变电站的地基出现问题，膨胀土由于含水量的变化导致土地膨胀变形，最严重的会致使变电站破坏和变形，而且膨胀土对于建筑物的危害具有反复性，多发性和潜在性。本文结合多年来四川的防治变电站膨胀土的成功经验，基于膨胀土变电站地基处理的方法研究做一些阐述，希望对于防治膨胀土有一定的借鉴意义。

【关键词】 膨胀土 变电站 地基处理

1 引语

膨胀土作为一种极不稳定的非饱和土，高塑性粘土，在世界的分布范围十分广阔，因为膨胀土灾害的防治十分困难，很长时间以来国内外都对膨胀土的问题进行了有效的探索。就我国来说，已经发现膨胀土危害的地区已经有20多个地区。膨胀土作为一种特殊的粘土，具有多裂隙性，干缩湿胀性和超固结性等特性，其危害性不言而喻。基于膨胀土变电站的地基处理方法就变得很重要，因为一旦处理不好膨胀土的地基问题，就会导致变电站的损坏和潜在安全隐患，四川地区作为膨胀土覆盖面面积比较广阔的地方，适合作为例子来说明基于膨胀土变电站地基处理中的方法，下面就让我们以四川地区的变电站为例子，谈一谈膨胀土的特性，工程条件及其状况和具体的地基处理方法。

2 膨胀土的特点

从外貌上面来看，膨胀土的表面有许多不规则的网状裂缝，将膨胀土分割成各种块体，裂痕具有次生与原生的区别，原生的裂缝大多为闭合的状态，常呈腊状光泽，裂隙面光滑，在暴露地表，由于风化的作用裂缝就张开了。次生的裂缝主要以风化型为主，多在半干旱的地区，特别在年蒸发量大的地区，裂土湿胀干缩的效应非常明显，使得裂土的风化更为严重。因为土地不连续，裂缝密布，降水的侵蚀，湿胀干缩反复，恶化了变电站等工程的实施环境。至于膨胀土的超固结性，由于在很长的地质年代里，裂土承受了上面地层的压力，就处于超固结状态，使得它的压强降低。膨胀土的膨胀性与它的组成中的粘土矿物的成分有关，因为裂土的缝隙发育，水体侵蚀导致土体膨胀，地基开挖后由于卸载引起应力释放使得土体变形，还可能使已有的工程防护建筑开裂。膨胀土的膨胀还可能使变电站上部结构破坏开裂，最终由于膨胀土地基强度的下降，变形，地基呈不均匀的下降，引发变电站安全事故。

3 变电站工程条件极其状况

中国四川地区建设的变电站主要由配电综合楼，室内设备及基础，道路，电缆沟，变压器及基础及室外设备构成。根据调查显示，部分变电站处在膨胀土地区，这就需要对其进行一定的处理。变电站所处的四川地区，区域差异较明显，东部冬暖，夏热，春旱，多云雾，秋雨，生长季长，少日照。西部则冬长，寒冷，日照充足，基本无夏，降水集中，雨季分明。整体气候垂直变化大，气候类型多，气象灾害种类多，发生频率高，范围大，主要是干旱，暴雨 洪涝和低温等。四川盆地为中亚热带湿润气候区，即四川盆地及周围山地，该区全年温暖湿润，年均温16～18℃，气温日较差小，年较差大，冬暖夏热。由于上述的物理气候环境所致，四川地区变电站的地基膨胀土，是一种失水收缩，吸水膨胀，变形能力很强的泥土。因为其变化无常，使变电站的设计标高与实际现场标高有很大的出入。膨胀土地基的渗透性也比较差，雨季积水难以渗透到3米以下，哪怕一直在降雨，土层也只湿润2米左右。在充分认识膨胀土的潜在危害之后，对于变电站的设计，施工就需要采取一定的措施来防治可能引发的安全隐患。

4 变电站地基处理方法

就目前国内外有很多关于处理膨胀土地基的方法，我们主要从基础处理与土壤处理方面针对变电站工程提出几种处理方法，以便比较，以选择最合适变电站工程的处理措施。

4.1 换土法

换土法就是将膨胀土部分或全部都挖掉，填充以非膨胀性的砂土，粘土，灰土等，用来减少或消除由于地基膨胀变形。换土法的本质是通过回避膨胀土的工特点，从源头来改善地基状况。这是膨胀土地基处理中较为简单且有效的方法。至于膨胀土换土的厚度是由膨胀变形的程度来决定，剩余膨胀土的膨胀变形控制在一定范围内。然后根据各地气候环境的不同来确定换土的厚度，一般采用1—2m，膨胀土换土用2m，中等膨胀土用1-1.5米，具体的换土厚度还是应该根据该地区实际气候土壤状态进行调整，换土的最大厚度不好不要超过3米。换土法在膨胀土地基土层较薄的情况比较适用与可靠，可彻底解决膨胀土所带来的安全隐患。

4.2 垫层法

垫层法和换土法的施工基本相同，主要应用于膨胀土地基土层较薄，变形不大的情况下。对于膨胀土层比较厚的地基可以采用部分替换，挖除，铺设碎，砂石来垫层防止膨胀土膨缩变形引起危害。垫土法的主要作用是减少膨胀土地基的变形和调节地基不均匀沉降，而且砂土层还可以阻止地下水对于土层的作用，使地基可以免受冻胀作用的影响。垫土法施工很简单，就地取材还可以节约成本，是膨胀土地基处理比较实用与经济的一种方法。

4.3 土质改良法

土质改良法就是将其他材料混入膨胀土里面，使其的物理与力学特性得到一定改良，克服湿热的敏感性问题，可以满足变电站地基的要求。根据膨胀土本质出发，根据其加固机理不同，土质改良法可以分为化学改良法，物理改良法，生物改良法。膨胀土的化学改良法是利用无机改良剂或有机改良剂抑制膨胀土的膨胀收缩变形，从而改善膨胀土的地基情况。化学改良法从根本上说可以完全解决膨胀土的胀缩性，有一劳永逸的效果。其中无机改良法根据无机添加剂分为生石灰改性法，石灰改性法，矿碴改性法，混合料改性法，高强高耐水土体改性法，NCS改性法等等。有机改性剂则分为ISS改性法，尿素改性法和H24改性法。

物理改良法是在膨胀土中添加一定比例的无机料（比如矿渣，粉煤灰，石灰）或它们的混合料来改变膨胀土的物理性状，主要分为桩基法，夯实法。其中夯实法就是用机械给膨胀土施压以将其改造成需要的性状，减少膨胀土的含水量和增加膨胀土的干密度，使得其内摩擦角和凝聚力增大，地基的承载力也增加。桩基法是用桩来加固地基以使其达到需要的目的，按照桩形可以分为预制方桩，树根桩，砂桩等。

生物改良法基于不同的材料可以分为土工织物改性法和植物改性法。土工织物是应用于工程的一种新型材料，它具有强度高，耐腐蚀等的特点，还有排水反虑性，适合用它来处理滑坡，可以用来增强膨胀土的强度和加速排水固结的能力，这种方法工期短，方便，有效，适合用于变电站膨胀土地基。植物改性法是通过在膨胀土地基附近种植植物的方法来进行防护与治理，经过观察试验发现，生长3-4个月的香根草，刺瑰可以形成绿篱屏障，防止水土流失，生长6-8个月后就可以以其密而长的根系起到稳固膨胀土的作用，增加其稳定性。

4.4 土工布加固法

土工布具有隔离，放水，渗滤和加强软土地基的作用，因为它有比较大的韧性和较高的抗拉强度，在荷载作用的时候，地基产生膨胀压缩变形，地基中由于压缩被排除的水分被土工布渗出排渗走，使得土体抗压强度，稳定性，排水固结的能力大大提升。因为土工布的包裹与覆盖作用，可以防止因为加载量过大或过快导致土体被挤压出去的情况。当土体的荷载差异比较大的时候，由于膨胀土地基压缩变形的程度不同，会出现不均匀的沉降，这时土工布的拉力可以分担很大一部分的荷载，并且将其分散到周围的土层中去，大大增加了土层的受力面积，提高膨胀土变电站地基的承载量。与此同时，没被全部传到地基下层的剩余荷载将通过土工布传到沉降较小，荷载较小的地基处，与整个地基荷载共同作用，分担了地基荷载的压力，相应增加了变电站地基的荷载，使得地基内荷载差异程度减少，降低了安全隐患发生的可能。因为土工布的弹性好，整个施工过程可以连续不断的让膨胀土地基变形趋于一致，沉降稳定，不过土工布的造价比较高，要考虑其成本再决定用与不用。

5 结语

膨胀土是一种特殊的土，对于建筑物的危害很大，其处理得当与否关系到整个变电站是否可以正常使用和安全。通过上述的方法研究，几乎没有一种方法是完全最优的，如果可能，还可以使用综合处理法。在四川地区特定的气候环境之下，基于膨胀土变电站地基的处理可以使用换土法和灌注桩作为变电站地基处理的主要形式，实践后说明了在技术可靠性，经济性和施工可行性方面，运用这两种方法取得了很好的效果。其实不管采用哪种办法，施工后的建筑地必须要满足变形，强度，透水性，动力稳定和特殊土地稳定的要求。在常年干旱，降水量不足的气候下，只要建筑的结构设计，施工加强措施，地基处理妥当就可以完全避免膨胀土变形对变电站地基的影响。四川地区变电站在经过多年使用，如今还没有损坏，说明当时采取的对于膨胀土地基的处理是非常有效的，可以作为借鉴。

参考文献：

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