黃興懷，方玉友，吳志海

(安徽省電力設(shè)計(jì)院，安徽合肥 230601)

強(qiáng)夯法處理某變電站紅砂巖填土地基的試驗(yàn)研究

黃興懷，方玉友，吳志海

(安徽省電力設(shè)計(jì)院，安徽合肥 230601)

通過對某變電站紅砂巖填土地基的強(qiáng)夯試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，并對紅砂巖地區(qū)采用強(qiáng)夯地基處理技術(shù)進(jìn)行了探討，供類似工程的設(shè)計(jì)、施工及檢測借鑒參考。

紅砂巖;強(qiáng)夯;靜載荷試驗(yàn);重型動力觸探

強(qiáng)夯法因其經(jīng)濟(jì)易行、效果顯著、設(shè)備簡單、施工便捷、節(jié)省材料、適用范圍廣、施工周期短等突出優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代引入我國，得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外對強(qiáng)夯加固碎石土、雜填土、粘性土等進(jìn)行了大量試驗(yàn)和理論研究，但由于各類土物理力學(xué)特性的差異，對不同性質(zhì)土的強(qiáng)夯具有不同的加固效果，難以形成統(tǒng)一的施工方案。

某500 kV變電站部分地段地勢低洼，且分布有一面積達(dá)3400 m2的水塘，局部回填土厚度較大，填料主要為紅砂巖與粉質(zhì)粘土等。擬采用強(qiáng)夯技術(shù)對填土地基進(jìn)行處理，以滿足建(構(gòu))筑物強(qiáng)度及變形要求。為了對紅砂巖填土地基的強(qiáng)夯效果進(jìn)行檢測以及對施工設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步優(yōu)化強(qiáng)夯施工設(shè)計(jì)和提出更加合理的施工設(shè)計(jì)參數(shù)，我們進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)工作，并對結(jié)果進(jìn)行了深入研究與分析，以對強(qiáng)夯技術(shù)在類似場地的應(yīng)用提供借鑒。

1 場地巖土工程條件

1.1 地形地貌

該變電站為一個(gè)新建變電站。站址區(qū)地貌為低山，站內(nèi)220 kV構(gòu)架及電容器場地地形起伏較大，呈北高南低，內(nèi)有1條崗間凹地(小型沖溝)并含有1個(gè)水塘和取土坑。根據(jù)場地設(shè)計(jì)標(biāo)高推算，該地段填土層厚度在4.00～6.45 m之間。1.2 地層結(jié)構(gòu)

220 kV構(gòu)架場地巖土層下伏基巖為侏羅系細(xì)砂巖和泥巖，上覆蓋層為第四系上更新統(tǒng)殘坡積、全新統(tǒng)殘坡積和沖積層，零星分布填土，部分地段基巖出露。強(qiáng)夯區(qū)地層結(jié)構(gòu)為:

①層填土(Q4ml)，灰褐、灰黃、棕黃色，稍密，稍濕，該層在220 kV構(gòu)架場地內(nèi)僅分布于水塘塘埂和田埂，一般層厚0.30～0.60 m，局部層厚1.80～2.30 m。

③層粉質(zhì)粘土(Q4el+pl)，灰褐、褐黃、棕黃色，局部為粘土，含少量氧化鐵和鐵錳銹斑，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高，無搖震反應(yīng)，結(jié)構(gòu)稍松散，稍濕，可塑，局部可塑偏硬或可塑偏軟狀態(tài)，層厚0.50～2.80 m。

④層粉質(zhì)粘土(Q3el+pl)，褐黃、棕黃、棕紅色，局部為粘土，含少量氧化鐵、鐵錳銹斑(結(jié)核)，局部含少量高嶺土團(tuán)條，結(jié)構(gòu)稍松散，稍濕，可塑偏硬～硬塑狀態(tài)，層厚0.80～4.90 m。

⑤層紅砂巖(J)，灰黃、褐黃色，細(xì)砂巖與泥巖互層，表層全風(fēng)化成中細(xì)砂混粘性土。下部強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化，在站區(qū)均有分布，地勢較高處出露。

1.3 巖土工程分析及評價(jià)

根據(jù)變電站內(nèi)場地土方平衡原則而確定的場地設(shè)計(jì)標(biāo)高估算，220 kV構(gòu)架場地區(qū)填土厚度一般在之間;設(shè)計(jì)在可研階段考慮了深基礎(chǔ)和強(qiáng)夯地基處理2種方案，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比較，采用強(qiáng)夯處理技術(shù)上可行，也更為經(jīng)濟(jì)，因此，最終決定采用強(qiáng)夯技術(shù)處理220 kV構(gòu)架場地區(qū)的深厚填土。

2 試夯設(shè)計(jì)

2.1 試夯區(qū)選擇

變電站需要采用強(qiáng)夯處理區(qū)域中，水塘區(qū)為填土厚度最大處，塘底呈平鍋底形，因此試夯區(qū)就選擇在水塘最深處。如果經(jīng)試驗(yàn)和檢測，試夯區(qū)地基強(qiáng)夯效果能滿足淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，則整個(gè)強(qiáng)夯區(qū)地基強(qiáng)夯效果都能滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 試夯區(qū)強(qiáng)夯處理厚度及強(qiáng)夯參數(shù)選擇

考慮到強(qiáng)夯處理一般厚度在4.00～5.00 m，最大處理厚度約6.50 m，因此在選擇試夯參數(shù)時(shí)，要按強(qiáng)夯處理最大厚度為6.50 m考慮，整個(gè)強(qiáng)夯區(qū)一次強(qiáng)夯完成。參考施工單位機(jī)械，采用圓形底面直徑2.2 m、質(zhì)量13.7 t夯錘，2遍點(diǎn)夯，2遍滿夯，試夯有效影響深度估算參數(shù)見表1。

表1 試夯有效影響深度估算參數(shù)

2.3 試夯區(qū)填料粒徑控制

試夯區(qū)回填土料為挖方區(qū)土石料，考慮到地勢較高處③層、④層粉質(zhì)粘土較薄，回填土成分主要以⑤層紅砂巖為主，要求強(qiáng)風(fēng)化及以上紅砂巖填料粒徑控制在200～500 mm，粒徑＞300 mm的填料含量不宜超過全重的10%，粉粒含量宜小于全重的10%，對于粒徑500 mm細(xì)砂巖填料應(yīng)破碎?；靥钋翱汕宄恋总浲梁捅韺痈?。

2.4 夯點(diǎn)布置

試夯區(qū)面積為23 m×23 m，以水塘最深處為中心點(diǎn)。夯點(diǎn)采用梅花形布置，夯點(diǎn)間距4 m，試夯區(qū)夯點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 試夯區(qū)夯點(diǎn)布置

2.5 強(qiáng)夯工藝

(1)對1、3、5、7、9、11夯線依次進(jìn)行第1遍強(qiáng)夯;對2、4、6、8、10夯線依次進(jìn)行第2遍強(qiáng)夯;第3遍為置換夯，夯點(diǎn)位置為220 kV構(gòu)架、隔離開關(guān)基礎(chǔ);第4、5遍為滿夯。

(2)點(diǎn)夯和置換夯收錘標(biāo)準(zhǔn)為10擊且最后2擊平均夯沉量≤60 mm，在達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，夯坑底標(biāo)高應(yīng)≥－1.0 m。

(3)滿夯夯點(diǎn)錘印應(yīng)搭接10～20 cm。

(4)點(diǎn)夯前應(yīng)進(jìn)行第一次場地整平，置換夯前應(yīng)進(jìn)行第二次場地整平，滿夯前應(yīng)進(jìn)行第三次場地整平，三次整平的標(biāo)高均應(yīng)為25.80 m。

3 試驗(yàn)手段與試驗(yàn)成果分析

3.1 靜載荷試驗(yàn)成果分析

根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)范要求及上部建(構(gòu))筑物的特點(diǎn)綜合考慮，強(qiáng)夯地基檢測采用淺層靜載荷試驗(yàn)，實(shí)際共進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)3個(gè)，考慮到工期等因素，試夯區(qū)在強(qiáng)夯完成15天后進(jìn)行試驗(yàn)檢測，試驗(yàn)坑底標(biāo)高按設(shè)計(jì)地面高程取不同深度進(jìn)行試驗(yàn)。

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007－2002)附錄C的有關(guān)規(guī)定，采用慢速法加載，最大加載值為360 kPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，終止加載后，承壓板四周均未出現(xiàn)裂縫或隆起現(xiàn)象，從p－s曲線(圖2)看，曲線比較平滑，呈緩變型，與常規(guī)靜載荷試驗(yàn)p－s相比，其前幾級加載下沉降量較大，曲線不僅沒有向下加速沉降之勢，反而在尾部有向上翹起，這說明了隨著加載的增大，淺層得到了進(jìn)一步的壓實(shí)?？紤]到變形及p－s、s－lgt曲線上沒有明顯的拐點(diǎn)，s－lgp曲線上沒有明顯的第二拐點(diǎn)，因此在p－s曲線上按s/d=0.01取值，取沉降量為8.00 mm對應(yīng)的p值分別為200、153及185 kPa，平均為180 kPa，取地基承載力特征值為160 kPa，地基變形模量值為11.50 MPa。由于強(qiáng)夯地基為人工回填土，回填土料為挖方區(qū)土石料，回填土料具有不均性，點(diǎn)夯雖達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)，其強(qiáng)度和密實(shí)度也存在差異，從p－s曲線也可見，曲線的曲率變化較大，同為360 kPa的荷載，沉降變化較大，最小為12.91 mm，最大達(dá)到18.93 mm，說明紅砂巖填土地基經(jīng)強(qiáng)夯加固后地基土具有一定的不均勻性。

圖2 靜荷載試驗(yàn)p－s曲線

3.2 動力觸探檢測

為直接檢測試夯效果，我們在試夯區(qū)布置多個(gè)鉆孔，進(jìn)行夯前與夯后重型動力觸探試驗(yàn)。動探測試自1 m以下連續(xù)測試至原狀土層。其中SQ1、SH3及SQ2、SH4夯前與夯后動探測試對比曲線見圖3、圖4。

在間歇期為7～15天時(shí)，通過重型動探N63.5夯前夯后測試擊數(shù)及對比，并通過鉆探取心鑒定:填料主要為粉質(zhì)粘土的，夯前動探擊數(shù)一般在0.5～2.0擊之間，夯后動探擊數(shù)一般在3～5擊，部分大于5擊;夯后擊數(shù)比夯前擊數(shù)總體提高3～6倍，局部提高更多。填料主要為全～強(qiáng)風(fēng)化巖石的，夯前動探擊數(shù)一般在3～6擊，少量大于6擊，夯后動探擊數(shù)一般在6～12擊，部分大于12擊或更高;夯后比夯前擊數(shù)總體提高2～3倍，碎石層較厚處提高更大?？紤]到填料的不均勻性，不能給一個(gè)定量提高值，但總體趨勢是夯后的密實(shí)度有較大程度的提高。

圖3 SQ1與SH3強(qiáng)夯前后N63.5擊數(shù)曲線對比

圖4 SQ2與SH4強(qiáng)夯前后N63.5擊數(shù)曲線對比

3.3 振動檢測

本強(qiáng)夯場地臨近建筑物為居民民房，主要為2～3層樓房，少量土坯房，強(qiáng)夯場地邊界距民房最近距離約110 m。強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動及噪聲，對臨近建筑物是否會產(chǎn)生有害的影響?是否需要采取防振或隔振措施?等等這些是評價(jià)強(qiáng)夯地基處理技術(shù)是否適用的一個(gè)重要參數(shù)。因此在試夯時(shí)布置了2個(gè)測試點(diǎn)以評估其可能對臨近建筑物產(chǎn)生的不利影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 振動檢測試驗(yàn)

因此，無論是實(shí)測振動速度還是振動加速度都遠(yuǎn)小于安全評估規(guī)定。不需要采取相應(yīng)的防振或隔振措施。

4 結(jié)語

本工程已建成安全運(yùn)行近2年，從沉降觀測結(jié)果看，本工程采用強(qiáng)夯地基處理技術(shù)取得了成功;該技術(shù)也得到了推廣應(yīng)用。但在個(gè)別工程中，強(qiáng)夯技術(shù)加固紅砂巖填土地基也暴露出一些問題，需要在將來的工作中做進(jìn)一步的研究與探討。

(1)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2002)對強(qiáng)夯處理碎石土，碎石含量并未做明確的限制與規(guī)定，從經(jīng)驗(yàn)與定性上看，應(yīng)該說土石結(jié)合的填土地基強(qiáng)夯加固效果比純粹的素土回填或純粹的碎石土回填地基好，粒徑級配良好的填料比粒徑均勻的填料加固效果好。從山區(qū)工程來看，可能回填的絕大部分為開方的碎石，強(qiáng)夯的效果及應(yīng)用條件需要做進(jìn)一步的研究。有資料提出對紅砂巖采用預(yù)處理的方式，從而減少其水活性，并形成一定的級配，在工程工期要求不緊、有一定堆放場地的工程可考慮采用。

(2)強(qiáng)夯填料級配、最大限制粒徑問題，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范僅對強(qiáng)夯置換墩體最大粒徑有限制，要求大于300 mm的塊石總量不超出填料總量的30%，以免因級配不良或塊石過多過大，易造成墩中留下孔隙，在后續(xù)施工及建(構(gòu))筑物使用中使墩間土擠入孔隙，造成下沉的增加。以此類推，強(qiáng)夯加固碎石土更應(yīng)對級配及塊石最大粒徑進(jìn)行限制。因此需對爆破石料進(jìn)行二次破碎，考慮到現(xiàn)場施工條件，如何控制填料級配及最大限制粒徑是個(gè)問題。

(3)如何考慮雨水的入滲對強(qiáng)夯后地基的影響問題。對于紅砂巖強(qiáng)夯后地基而言，由于級配不良、存在大粒徑塊石的情況，會造成2種不良狀況:①局部積水情況，考慮到紅砂巖具有遇水軟化的特點(diǎn)，會造成地基強(qiáng)度的下降;②雨水的入滲，會帶走一些細(xì)顆粒，時(shí)間長了，會否形成滲流通道?兩種狀況均可能造成地基不均勻沉降。有資料認(rèn)為只要施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，表層會形成隔水層。筆者認(rèn)為，隔水層應(yīng)與紅砂巖的成分相關(guān)，泥質(zhì)膠結(jié)可以形成隔水層，砂巖則可能很難以形成這種隔水層。在降水豐富地區(qū)是否需采用粘性土覆蓋尚需要研究。

(4)對紅砂巖強(qiáng)夯地基的試驗(yàn)檢測問題。我們采取了靜載荷試驗(yàn)、重型動力觸探等試驗(yàn)檢測手段，由于靜載荷試驗(yàn)僅能反映淺層地基的強(qiáng)度變形情況，而重型動力觸探手段由于填料的不均勻，造成數(shù)據(jù)離差較大，因此只能定性評價(jià)總體比夯前擊數(shù)有提高，但難以定量分析。文獻(xiàn)［3］提出采用剪切波檢測方法，需要進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)?？傮w感覺沒有較好的試驗(yàn)檢測手段，特別是涉及到強(qiáng)夯地基的不均勻性檢測問題。

［1］羅恒，等.紅砂巖碎石土高填方路基強(qiáng)夯加固時(shí)的動應(yīng)力擴(kuò)散及土體變形試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26 (S1).

［2］謝海濤.紅砂巖碎石土填料室內(nèi)強(qiáng)夯模型試驗(yàn)［J］.湖南交通科技，2010，36(2).

［3］段仲沅，等.強(qiáng)夯處理紅砂巖碎(塊)石填土地基檢測方法探討［J］.土工基礎(chǔ)，2009，23(1).

［4］楊建華，等.紅砂巖填石路基強(qiáng)夯處理的試驗(yàn)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(3).

［5］曾中林，李亮.紅砂巖強(qiáng)夯特性試驗(yàn)研究［J］.路基工程，2007，(2).

Experiment Study on Dynamic Compaction Treatment to Red Sandstone Fill Foundation in a Substation

HUANG Xing-huai，F(xiàn)ANG Yu-you，WU Zhi-hai(Anhui Electric Power Design Institute，Hefei Anhui 230601，China)

The dynamic compaction design parameters were verified by the study on dynamic compaction test of red sandstone fill foundation in a substation，which provided the basis to foundation design.And the study was also made on dynamic compaction treatment applied in red sandstone area，which can be reference to design，construction and test of similar projects.

red sandstone;dynamic compaction;static loading test;heavy dynamic penetration test

TU472

A

1672－7428(2012)03－0047－04

2011－08－31

黃興懷(1973－)，男(漢族)，安徽安慶人，安徽省電力設(shè)計(jì)院勘測工程部首席專工(巖土)、高級工程師、土木工程注冊師(巖土)，巖土工程專業(yè)，碩士，從事巖土工程工作，安徽省合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)繁華大道369號，hxh@ahedi.com.cn。