黃磊等

摘 要：運(yùn)用多種手段對浙北1000kV特高壓變電站回填碎石土地基進(jìn)行了不同強(qiáng)夯施工參數(shù)情況下加固效果的現(xiàn)場試驗(yàn)研究，介紹了三個(gè)不同試夯區(qū)的施工參數(shù)以及現(xiàn)場檢測的結(jié)果。對高填方地基，選擇合適的夯能和施工工藝對地基加固效果有重大影響，通過對三個(gè)強(qiáng)夯施工參數(shù)不同的試夯區(qū)的加固效果檢測，最后確定大面積強(qiáng)夯施工時(shí)采用5000kN.m夯能，正三角形布置，5.0m夯點(diǎn)間距，按不跳點(diǎn)強(qiáng)夯和滿夯的施工工藝進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：變電站；高填方；強(qiáng)夯法；現(xiàn)場試驗(yàn)；加固效果

1.引言

隨著工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，越來越多的工程尤其是電廠、變電站、石化和機(jī)場等工程的選址都會(huì)選在山地或丘陵地帶，以保護(hù)環(huán)境和節(jié)約用地，因此，這些工程的地基大部分都為高填方地基。而強(qiáng)夯法，又稱動(dòng)力密實(shí)法，是用起重機(jī)器將質(zhì)量為10噸～40噸的夯錘起吊到6～30m的高度后自由下落，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊能量，對地基進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，從而提高地基承載力降低其壓縮性的地基處理方法。浙北1000kV變電站場地受山區(qū)丘陵控制，地形起伏較大，地表高程變化的范圍一般在36.30～93.72m之間，如果場地平整后最終標(biāo)高按67m考慮，則最大回填高度達(dá)26m左右。而強(qiáng)夯法在處理回填土地基方面得到了廣泛的應(yīng)用，但對于不同場地結(jié)合不同的地質(zhì)條件，強(qiáng)夯工藝及施工參數(shù)存在較大差異[1]。為了確定強(qiáng)夯法處理浙北1000kV變電站回填土地基的可行性，檢測經(jīng)強(qiáng)夯處理后地基加固效果是否滿足超高壓變電站場地的要求；為了取得大面積強(qiáng)夯施工時(shí)的強(qiáng)夯控制參數(shù)及指標(biāo)，現(xiàn)場進(jìn)行了強(qiáng)夯試驗(yàn)，分別設(shè)置了三個(gè)不同的試夯區(qū)，本文著重介紹通過三個(gè)試夯區(qū)的強(qiáng)夯試驗(yàn)優(yōu)化大面積強(qiáng)夯施工參數(shù)的問題。

2.試夯區(qū)概況

2.1 工程地質(zhì)條件

站址區(qū)內(nèi)地貌為構(gòu)造低山剝蝕丘陵區(qū)，地貌主要為渾圓狀的低山，地形起伏較大，地表高程變化的范圍一般在36.30m～93.72m之間。根據(jù)前期勘測資料[2]，站址區(qū)第四系地層為粘性土、碎石及全風(fēng)化粉砂巖，下伏強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化粉砂巖。其巖性自上至下分別為：

（1）素填土：黃褐色，主要由粘性土組成，厚度4.20m。

（2）粉質(zhì)粘土：灰黃、黃褐色，可塑，含少量鐵質(zhì)結(jié)核，無搖震反應(yīng)，稍有光滑，干強(qiáng)度中等、韌性中等，以粉質(zhì)粘土為主，局部相變?yōu)檎惩?，分布于丘陵山坡的表層，厚度一般?.40m～5.30m。

（3）碎石（中密）

雜色，母巖成分為粉砂巖，顆粒級(jí)配差，呈棱角狀，磨圓差，排列無序，中等風(fēng)化，混多量粘性土，厚度一般為1.30m～6.90m。

（4）粉砂巖（全風(fēng)化）

灰黃色，主要礦物成分為石英、長石，散體結(jié)構(gòu)，全風(fēng)化，巖石結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，有殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，巖體呈砂狀，厚度一般為0.40m～4.00m。

（5）粉砂巖（強(qiáng)風(fēng)化）

灰黃色，主要礦物成分為石英、長石，泥質(zhì)膠結(jié)，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，呈碎塊狀，強(qiáng)風(fēng)化，巖石結(jié)構(gòu)大部分破壞，厚度一般為0.60m～4.90m。

（6）粉砂巖（中等風(fēng)化）

黃褐色、灰色，主要礦物成分為石英、長石，泥質(zhì)膠結(jié)，鈣質(zhì)膠結(jié)，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，呈塊狀，中等風(fēng)化，結(jié)構(gòu)大部分完好。

2.2 試夯區(qū)強(qiáng)夯參數(shù)的設(shè)置

本場地原土層較厚，因此在原土層進(jìn)行強(qiáng)夯置換之后再進(jìn)行回填土強(qiáng)夯施工。由于回填厚度大，采用分層回填強(qiáng)夯施工的方法，每層回填土厚度4m，回填料就地取自山體開挖的碎石料，夾雜少量粘土。三個(gè)試夯區(qū)的大小均為27m*27m，各試夯區(qū)強(qiáng)夯參數(shù)設(shè)置如下表所示：

說明：Ⅰ區(qū)按三遍跳點(diǎn)夯完成夯點(diǎn)，收錘標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)夯按最后兩擊夯沉量第一遍≤7cm，第二遍≤5cm，第三遍≤3cm；Ⅱ區(qū)按不跳點(diǎn)強(qiáng)夯法施工，收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊平均夯沉量≤30mm，點(diǎn)夯完成后進(jìn)行一遍夯能1500kN.m的滿夯，每點(diǎn)四擊，1/3夯錘直徑搭接；Ⅲ區(qū)的夯擊遍數(shù)和控制指標(biāo)同Ⅱ區(qū)，只是夯點(diǎn)間距和布置形式不同。

3.現(xiàn)場強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果

3.1 平均累計(jì)夯沉量與夯擊次數(shù)的關(guān)系

在Ⅰ區(qū)的三遍強(qiáng)夯過程中選9個(gè)有代表性的夯點(diǎn)（每遍選3個(gè)），在Ⅱ、Ⅲ區(qū)選取9個(gè)有代表性的夯點(diǎn)進(jìn)行分析，如圖1所示。

由圖1可看出，當(dāng)夯擊能量分別為4200kN.m和5000kN.m時(shí)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)的平均累計(jì)夯沉量分別為115.2cm、162.1cm和162.8cm。在不同的夯擊次數(shù)下Ⅲ區(qū)的夯沉量稍大于Ⅱ區(qū)對應(yīng)夯擊次數(shù)下的夯沉量，但總體二者曲線幾乎重合，而隨著夯能的增加可以看出Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的最終夯沉量明顯大于Ⅰ區(qū)的累計(jì)夯沉量，說明平均累計(jì)夯沉量受夯點(diǎn)間距和夯點(diǎn)布置形式的影響較小于夯能的影響。至于夯點(diǎn)間距對夯坑沉降變形的影響楊建國[3]等認(rèn)為在同樣夯能下夯點(diǎn)間距越大則夯坑沉降變形越大。由于本工程夯點(diǎn)間距只有4.2m和5.0m，二者只相差了0.8m，所以在同樣夯能的情況下Ⅲ區(qū)的平均累計(jì)夯沉量只是稍大于Ⅱ區(qū)，從某種程度上也驗(yàn)證了文獻(xiàn)三中論點(diǎn)的正確性。從上圖還可以看出，隨著夯擊次數(shù)的增加夯坑深度的增加逐漸減少，到最后曲線近似呈水平，所以不能為了追求地基加固效果而盲目增加夯擊次數(shù)從而導(dǎo)致夯擊能的浪費(fèi)。

3.2 超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)夯前、夯后分別進(jìn)行超重型動(dòng)力觸探，根據(jù)打入的難易程度來判斷地基在夯前夯后的工程特性。分別將夯前和夯后同一動(dòng)力觸探孔位的數(shù)據(jù)繪成曲線圖如下（圖中動(dòng)力觸探擊數(shù)為現(xiàn)場實(shí)測未經(jīng)修正）。

從圖2可以看出，強(qiáng)夯之后動(dòng)力觸探擊數(shù)有了較高程度的提高。在Ⅰ區(qū)內(nèi)，深度5.4m以上動(dòng)力觸探擊數(shù)較夯前有所增加而5.4m以下基本無增加，且地表以下1.0m范圍內(nèi)動(dòng)探擊數(shù)在7擊以下，說明在4200kN.m夯能正方形布置作用下該地基的有效加固深度大概為5.4m，但表層加固效果較差，有效深度范圍內(nèi)動(dòng)力觸探擊數(shù)平均值由3.7增加到8.9，增幅243%左右；在Ⅱ區(qū)內(nèi)，深度6.0m以上動(dòng)力觸探擊數(shù)較夯前有所增加而6.0m以下基本無增加，有效加固深度大概為6.0m，且在滿夯作用下表層土的加固效果好于Ⅰ區(qū)，有效深度范圍內(nèi)動(dòng)力觸探擊數(shù)平均值由4.9增加到15.2，增幅310%左右；在Ⅲ區(qū)內(nèi)，深度6.2m以上動(dòng)力觸探擊數(shù)較夯前有所增加而6.2m以下基本無增加，有效加固深度大概為6.2m，且表層土加固效果也好于Ⅰ、Ⅱ區(qū)，有效深度范圍內(nèi)動(dòng)力觸探擊數(shù)平均值由5.0增加到17.1，增幅340%左右；經(jīng)上述分析，在采用梅納公式[4]計(jì)算有效加固深度時(shí)，建議對碎石土回填強(qiáng)夯地基采用0.26～0.28的修正系數(shù)。夯能越大動(dòng)力觸探擊數(shù)越高、有效加固深度越大，土體越密實(shí)；采用一遍不跳點(diǎn)強(qiáng)夯加一遍滿夯的方式對表層土的加固效果好于采用三遍跳點(diǎn)強(qiáng)夯的方式；5000kN.m正三角形布置區(qū)的動(dòng)力觸探增加幅度和有效加固深度稍高于正方形布置區(qū)域。