变电站地基强夯处理施工技术微探
2015-07-09
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核心提示：随着我国经济发展，电能对于人们越来越重要，变电站作为电力系统的重要组成部分，其建设项目越来越多。因受到地质条件的影响，在变电站施工中需要对天然地基进行处理，其中强夯处理技术应用较为广泛。本文中针对变电站施工中强夯处理技术的应用进行了探讨，对我国电力事业的发展具有非常重要的意义。
强夯处理技术具有操作简单、适用范围广、成本低、承载力高等优点，可以有效的改善地基的抗振动液化能力，在湿陷性地质条件中效果显著，因此近年来在地基处理中应用非常广泛。文章中结合实际工程案例，对强夯技术的施工情况进行了分析。
1工程概况
某变电站工程占地面积约5104m2，地质条件为自然回填土，比较松散，填土厚度约为6.7-8.8m，承载能力低，无法满足变电站建设的要求，需要进行软土地基处理。针对该地质条件结合变电站设备多、对地基沉降要求高等因素，采用强夯处理技术进行施工，强夯总平面布置见图1。
2地基处理方案的选择
2.1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。
2.2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。
3强夯参数的确定
3.1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.
3.2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。
3.3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.
3.4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。
3.5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。
4施工工艺
4.1施工机械的选择
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。
4.2强夯施工方法
施工前的准备工作：平整场地、进行高程测量、定位测量、复审测量结果。
施工中的工作：安装夯机，进行第一遍夯击并且夯完后填平夯坑，进行定位测量。进行第二遍点夯，夯完后填平夯坑，进行水准测量。进行普夯阶段，夯完平整土地。结束施工。
测量工作人员按照设计图上的夯击点实地测量，准确测量夯击点，做好相关标记，不允许偏差太大。
单点强夯施工中，首先要把夯机放到指定位置，第二步将夯锤对中，再测量出夯锤锤顶的标高，第三步将夯锤提升到指定高度自由落体，直到夯沉量达到预期的要求进行收锤工作，然后进行下一点夯击。夯点的施工顺序要根据现场的具体情况、补土情况等规定，补土的操作和点夯的操作同时进行。
点夯完成后，要根据场地的标高进行补土操作，补土到指定标高进行满夯操作。两遍强夯之间或者普夯和点夯之间应该注意土体内孔隙水的消散，等到水消散后再进行夯击。
4.3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1200kN·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。
4.4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。
5强夯效果的检测与评价
5.1现场监测的施工效果分析
（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。
（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。
5.2现场检测的施工效果分析
（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）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。
（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。
（4）本工程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》（GB5007-2002）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）。
6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自然填土地基处理工程，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。
参考文献：
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[2]胡长明，梅源，王雪艳.离石地区湿陷性黄土地基强夯参数的试验研究[J].岩土力学，2010（10）.
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