论文部分内容阅读
【摘要】 膨胀土引起边坡滑移、建构筑物开裂、沉降等问题，介绍膨胀土地基主要处理方法，并结合变电站工程特点探讨了膨胀土地区变电站在场地平整、道路、电缆沟、生产建筑基础及构支架基础等方面一般采用的处理方法。
【关键词】膨胀土地；变电站；地基；处理措施
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
1. 引言：
膨胀土是是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成的粘性土；它具有显著的吸水膨胀和失水收缩而往复变形的特性。膨胀土的这种性质容易致使建(构)筑物产生不可预测的升、降位移从而导致出现倾斜、裂缝严重甚至倒塌等危险。而膨胀土地区建设的变电站若防治不当，将引起边坡滑移、站内建构筑物开裂、场地沉降等问题，这不仅影响本供电区域正常供电，甚至对与其相连接的电力网络系统造成影响。基于变电站在国民生活及经济发展的重要作用，应大力确保工程质量，对于膨胀土地区建设变电站应在采取有效措施防止危害。
2. 膨胀土地基主要处理措
膨胀土早在上世纪五十至七十年代初就被国人所认识, 伴随着我国基本建设的发展，土木工程类行业积累了丰富的经验，目前关于膨胀土地基处理的方法很多，加固技术也再逐渐发展，以下介绍几种主要的处理方法。
（1）换土法
换土是膨胀土路基处理办法中最简单而且有效的方法，顾名思义换土就是挖除膨胀土，换填非膨胀土或砂砾土。换土深度根据膨胀土的强弱和当地的气候特点确定。在一定深度以下，膨胀土的含水量基本不受外界气候的影响，该深度称之为临界深度，该含水量称之为该膨胀土在该地区的临界含水量。由于各地的气候不同，各地膨胀土的临界深度和临界含水量也有所不同。换土深度要考虑受地面降水影响而使土体含水量急剧变化的深度，一般情况下采用1.0～2.0m，强膨胀土采用换土厚度可用2.0m，中膨胀土为1.0～1.5m,但距离换土厚度要根据调查后的临界深度来确定。该方法比较可靠，且彻底根治膨胀土的危害，对膨胀土处理较浅场地可采取此种方法，但对大面积膨胀土地区显得不经济，生态环境效益较差。
(2) 垫层法
垫层法与换土法施工的过程大同小异，基本应用在壁较薄的膨胀土层以及胀缩变形层不厚的情况下, 如果膨胀土层较厚，地基可以采取部分挖除, 碎石垫、铺设砂层等方法遏制膨胀土的升降变形引发的问题, 其主要作用是调节膨胀土地基沉降量以及减小地基胀缩变形, 不仅具有补偿功能, 当砂石层还可防止地下水毛细作用上升使地基不受冻胀作用的影响, 施工简单, 就地取材还能节约投资, 是处理膨胀土地基的一种较为适宜和比较经济的方法。在空旷的场地上Ⅰ、Ⅱ级膨胀土地基处理中,可以采用轻型建筑物地基处理以及道路等。
值得重视的是, 膨胀土地基用砂石垫层代替基础部分一下的膨胀土, 可以地基的胀缩变形起到减缓的效果, 以减少地基胀缩变形量, 但这种垫层里换法必须需配合上部结构整体增强, 促使上部结构适应地基的变形, 以确保建筑物的结构安全。
（3）湿度控制法
湿度控制法的原理是通过控制膨胀土含水量的多少, 以保持地基中的水分盡量少受蒸发和降雨渗入的影响, 从而达到抑制地基的胀缩变形的目的。当前相对成功的保湿方法有：预浸水法、暗沟保湿法和帷幕保湿法以及全封闭法。
a 预浸水法:
预浸水法是在施工前用人工方法增加地基土的含水量使膨胀土层全部或部分膨胀, 并维持高含水量, 从而消除或减少膨胀变形量。
b暗沟保湿法
暗沟保湿法的原理和预浸水法相似,让膨胀土地基充分浸水后至膨胀不变的含水量,以保证该含水量不发生大的变化。保湿暗沟适用于有常年水源的三层以下建筑的处理, 在没有经常水源的房屋建筑、强膨胀土地基以及长期千旱地区不得采用该方法。
c帷幕保湿法:
帷幕保湿法是用不透水材质做成的帐幕安装在建筑物两边, 用来截断地基外的水分进人地基或者地基中水分向外转移, 确保地基中水分的相对稳定, 以达到消除地基土胀缩变形的目的。帷幕型式有填土的塑料薄膜帷幕、砂帷幕、沥育油毡帷幕、填砂的塑料薄膜帷幕以及塑料薄膜灰土帷幕等方式。
d 全封闭法：
因为全封闭法大多在膨胀土路堤中应用,主要使用在膨胀土广泛分布的地区, 由于受材料条件所限和经济上的考虑, 不得不采用中膨胀土填筑路堤以及弱膨胀土时,用改性土或普通粘土作为路堤基底及顶面和两边边坡的封层。
（4）压实度法
压实控制法 的实质是用 机械方法将膨胀土压实到所需要的状态,充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律,尽量增大击实膨胀土的强度指标,提高地基承载力与减小胀缩性,以达到工程建设的需求。
由于膨胀土的最大干密度随击实功的增大而增大,最优含水量随击实功的增大而减小。膨胀土的干密度增大同时含水量减小,导致其凝聚力和内摩擦角增大,地基承载力增加；但其击实后的胀缩性并没有受到抑制。因此,该法应用范围有限,只针对弱膨胀土,且造价很低,
适用于地基承载力满足要求而附加荷载又大于其膨胀力的建筑物,
对轻型建筑可能会造成一定的破坏。
（5）土质改良法
土质改良法顾名思义就是在膨胀土中掺人其他材料使其物理、力学特性得到改善,克服其不良的湿热敏感性,而能满足工程的使用性能。按其加固机理不同，可将的土质改良法划分为物理改良法、
化学改良法和综合改良法。
a 物理改良法
物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料,通过改变膨胀土原有的土颗粒组成及级配,从而减弱膨胀土的胀缩能力,达到改善其工程特性的目的,常见的掺合料有风积土、砂砾石、粉煤灰与矿渣等。
b 化学改良法
化学改良法是利用在膨胀土中加人某种其他物质,并使添加材料与膨胀土中的粘土颗粒发生某种化学反应或物质交换过程 ,以达到降低膨胀土膨胀潜势、增加强度和提高水稳定性的目的。添加剂有石灰、水泥、有机与无机化学浆液。
膨胀土处理技术在变电站工程设计中的运用
变电站膨胀土处理主要针对场地平整及建构筑物基础进行处理，包括边坡、挡墙、主控楼及附属建筑基础、主变基础、构支架基础、道路、电缆沟等建构筑物。
在变电站中常用到的方法是换土法、垫层法、压实度法和土质改良法等几种方法。
（1）换土法
当外购土方回填时，可考虑换掉一部分膨胀土，在强膨胀土区回填非膨胀土厚度达到2m以上,在中膨胀土区厚度达到1.5m左右。在挡土墙墙背及护坡下填土均在指定范围内可采用换填非膨胀土及碎石。
（2）砂垫层
膨胀土地区变电站对地下构筑物及基础在底面或周围一般设置砂垫层，是变电站常用的处理方法。主控通信楼柱下独立基础配电室或继电小室墙下条形基础、构支架基础、道路结构层下、电缆沟底板下、挡土墙底、排水沟沟底及沟壁设置300~500厚砂垫层。当基础超深超过2m时，常采用C15毛石混凝土浇注至基础底，底部再设置300厚砂垫层，垫层宽度比四周基础宽100mm。
（3）压实度法
变电站岩土存在弱膨胀性，可通过控制场地平整时回填土的压实度处理土基膨胀土，其余建构筑物基础及地下构筑物均不做处理，一般要求回填土压实系数不小于0.94。
（4）土质改良法
此法在变电站工程中也常运用，主控通信楼、构支架、主变压器等建构筑物基槽土回填时，回填土中掺入6%~8%石灰再回填。在场地平整阶段，也可考虑对回填土方进行改良后方用于回填，这样位于改良回填土中基础及构筑物可不必进行膨胀土处理。
（5）全封闭法
场地平整时如有膨胀土外露时，可采用改良土（如石灰土）或非膨胀土在场地表面形成封闭层。挡土墙顶面及墙基础表面
（5）桩基础
除以上处理方法外，在强膨胀土地区，考虑到膨胀土的破坏性和难治理性，对于站内基础均采用桩基处理，桩基可穿过强膨胀土到达稳定层，站区边坡也采用挡墙及抗滑桩处理。
4 工程实例
4.1广西220kV谊祥变电站
220kV谊祥变电站位于广西省凭祥市夏石镇那楼村东南面约1km处，南距夏石至扣山县道约40m，站址为低丘地貌，场地范围内为山坡，南侧、东侧地形略高，北侧地形较低。根据地质勘察报告，场地内各岩土层为耕表土①、粘土②层、粘土③层，强风化粉砂④层与中风化粉砂层，其中粘土②层具弱膨胀潜势，粘土③层具弱～中等膨胀潜势，强风化泥岩④层具弱～中等膨胀潜势。此场地膨胀土地基的胀缩等级为Ⅱ级。
站内外建构筑物处理：填方区护坡坡面下2m填土掺入8%生石灰，挖方区护坡坡面下回填500mm厚8%石灰土；排水沟四周设置300厚中粗砂垫层；挡土墙墙后6m范围内采用8%石灰土夯实回填，墙底设300厚砂垫层，挡土墙泄水孔后设置300厚反滤层，挡墙墙附近自然地面设置封闭层（采用60厚C10混凝土层和100厚2：8灰土层）；电缆沟采用砖砌沟壁及混凝土地板，沟壁四周设置300厚8%石灰土，底板设置300厚砂垫层；混凝土道路结构层下设置500厚砂垫层；构、支架基础超深部分采用C15毛石混凝土浇至基础底部或采用人工挖孔桩，毛石混凝土底面垫500厚砂垫层，桩基承台用砖架空100mm。主控通信楼基础底面铺500厚砂垫层，室内回填土掺入8%石灰。
4.2柬埔寨220kV马德望变电站
230kV马德望变电站位于柬埔寨王国马德望省省城西北方向，相距省城中心約11km, 5#公路东侧约0.3km附近,交通方便。根据地址报告，场地内土层分别为粉质粘土①1层、粉质粘土①2层、粘土②层、粘土③层，其中粉质粘土①1、①2、粘土②土层具有中等膨胀潜势；膨胀土的胀缩性等级划分可判断为强胀缩土，大气影响深度为3.3m,大气急剧影响深度取1.5m。根据水文报告，站址区百年一遇洪水位为17.2m，场地自然地面标高为15.5m～15.9m，场地设计标高定位：17.30m～17.80m，场地填土厚度1.5m～1.8m。
变电站场地平整时，场地内先挖出1m厚土方外弃，再外购非膨胀土填至设计标高，场地表面非膨胀土厚度2.5m～2.8m，站内电缆沟及道路均不作处理，建、构筑物基础采用C15毛石混凝土填至基础底面，底部再填300厚砂垫层。
4 结语
在变电站工程中，对于膨胀土的处理，可根据膨胀土等级及工程特点，从安全、可靠及经济性方面综合考虑，采用多种处理措施相结合方式，以提高工程稳定及安全，降低工程造价。
参考文献：
GBJ 1l2-87膨胀土地区建筑技术规范[S]
张其光.膨胀土处理措施.四川建材.2007[1]:160～163
【关键词】膨胀土地；变电站；地基；处理措施
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
1. 引言：
膨胀土是是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成的粘性土；它具有显著的吸水膨胀和失水收缩而往复变形的特性。膨胀土的这种性质容易致使建(构)筑物产生不可预测的升、降位移从而导致出现倾斜、裂缝严重甚至倒塌等危险。而膨胀土地区建设的变电站若防治不当，将引起边坡滑移、站内建构筑物开裂、场地沉降等问题，这不仅影响本供电区域正常供电，甚至对与其相连接的电力网络系统造成影响。基于变电站在国民生活及经济发展的重要作用，应大力确保工程质量，对于膨胀土地区建设变电站应在采取有效措施防止危害。
2. 膨胀土地基主要处理措
膨胀土早在上世纪五十至七十年代初就被国人所认识, 伴随着我国基本建设的发展，土木工程类行业积累了丰富的经验，目前关于膨胀土地基处理的方法很多，加固技术也再逐渐发展，以下介绍几种主要的处理方法。
（1）换土法
换土是膨胀土路基处理办法中最简单而且有效的方法，顾名思义换土就是挖除膨胀土，换填非膨胀土或砂砾土。换土深度根据膨胀土的强弱和当地的气候特点确定。在一定深度以下，膨胀土的含水量基本不受外界气候的影响，该深度称之为临界深度，该含水量称之为该膨胀土在该地区的临界含水量。由于各地的气候不同，各地膨胀土的临界深度和临界含水量也有所不同。换土深度要考虑受地面降水影响而使土体含水量急剧变化的深度，一般情况下采用1.0～2.0m，强膨胀土采用换土厚度可用2.0m，中膨胀土为1.0～1.5m,但距离换土厚度要根据调查后的临界深度来确定。该方法比较可靠，且彻底根治膨胀土的危害，对膨胀土处理较浅场地可采取此种方法，但对大面积膨胀土地区显得不经济，生态环境效益较差。
(2) 垫层法
垫层法与换土法施工的过程大同小异，基本应用在壁较薄的膨胀土层以及胀缩变形层不厚的情况下, 如果膨胀土层较厚，地基可以采取部分挖除, 碎石垫、铺设砂层等方法遏制膨胀土的升降变形引发的问题, 其主要作用是调节膨胀土地基沉降量以及减小地基胀缩变形, 不仅具有补偿功能, 当砂石层还可防止地下水毛细作用上升使地基不受冻胀作用的影响, 施工简单, 就地取材还能节约投资, 是处理膨胀土地基的一种较为适宜和比较经济的方法。在空旷的场地上Ⅰ、Ⅱ级膨胀土地基处理中,可以采用轻型建筑物地基处理以及道路等。
值得重视的是, 膨胀土地基用砂石垫层代替基础部分一下的膨胀土, 可以地基的胀缩变形起到减缓的效果, 以减少地基胀缩变形量, 但这种垫层里换法必须需配合上部结构整体增强, 促使上部结构适应地基的变形, 以确保建筑物的结构安全。
（3）湿度控制法
湿度控制法的原理是通过控制膨胀土含水量的多少, 以保持地基中的水分盡量少受蒸发和降雨渗入的影响, 从而达到抑制地基的胀缩变形的目的。当前相对成功的保湿方法有：预浸水法、暗沟保湿法和帷幕保湿法以及全封闭法。
a 预浸水法:
预浸水法是在施工前用人工方法增加地基土的含水量使膨胀土层全部或部分膨胀, 并维持高含水量, 从而消除或减少膨胀变形量。
b暗沟保湿法
暗沟保湿法的原理和预浸水法相似,让膨胀土地基充分浸水后至膨胀不变的含水量,以保证该含水量不发生大的变化。保湿暗沟适用于有常年水源的三层以下建筑的处理, 在没有经常水源的房屋建筑、强膨胀土地基以及长期千旱地区不得采用该方法。
c帷幕保湿法:
帷幕保湿法是用不透水材质做成的帐幕安装在建筑物两边, 用来截断地基外的水分进人地基或者地基中水分向外转移, 确保地基中水分的相对稳定, 以达到消除地基土胀缩变形的目的。帷幕型式有填土的塑料薄膜帷幕、砂帷幕、沥育油毡帷幕、填砂的塑料薄膜帷幕以及塑料薄膜灰土帷幕等方式。
d 全封闭法：
因为全封闭法大多在膨胀土路堤中应用,主要使用在膨胀土广泛分布的地区, 由于受材料条件所限和经济上的考虑, 不得不采用中膨胀土填筑路堤以及弱膨胀土时,用改性土或普通粘土作为路堤基底及顶面和两边边坡的封层。
（4）压实度法
压实控制法 的实质是用 机械方法将膨胀土压实到所需要的状态,充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律,尽量增大击实膨胀土的强度指标,提高地基承载力与减小胀缩性,以达到工程建设的需求。
由于膨胀土的最大干密度随击实功的增大而增大,最优含水量随击实功的增大而减小。膨胀土的干密度增大同时含水量减小,导致其凝聚力和内摩擦角增大,地基承载力增加；但其击实后的胀缩性并没有受到抑制。因此,该法应用范围有限,只针对弱膨胀土,且造价很低,
适用于地基承载力满足要求而附加荷载又大于其膨胀力的建筑物,
对轻型建筑可能会造成一定的破坏。
（5）土质改良法
土质改良法顾名思义就是在膨胀土中掺人其他材料使其物理、力学特性得到改善,克服其不良的湿热敏感性,而能满足工程的使用性能。按其加固机理不同，可将的土质改良法划分为物理改良法、
化学改良法和综合改良法。
a 物理改良法
物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料,通过改变膨胀土原有的土颗粒组成及级配,从而减弱膨胀土的胀缩能力,达到改善其工程特性的目的,常见的掺合料有风积土、砂砾石、粉煤灰与矿渣等。
b 化学改良法
化学改良法是利用在膨胀土中加人某种其他物质,并使添加材料与膨胀土中的粘土颗粒发生某种化学反应或物质交换过程 ,以达到降低膨胀土膨胀潜势、增加强度和提高水稳定性的目的。添加剂有石灰、水泥、有机与无机化学浆液。
膨胀土处理技术在变电站工程设计中的运用
变电站膨胀土处理主要针对场地平整及建构筑物基础进行处理，包括边坡、挡墙、主控楼及附属建筑基础、主变基础、构支架基础、道路、电缆沟等建构筑物。
在变电站中常用到的方法是换土法、垫层法、压实度法和土质改良法等几种方法。
（1）换土法
当外购土方回填时，可考虑换掉一部分膨胀土，在强膨胀土区回填非膨胀土厚度达到2m以上,在中膨胀土区厚度达到1.5m左右。在挡土墙墙背及护坡下填土均在指定范围内可采用换填非膨胀土及碎石。
（2）砂垫层
膨胀土地区变电站对地下构筑物及基础在底面或周围一般设置砂垫层，是变电站常用的处理方法。主控通信楼柱下独立基础配电室或继电小室墙下条形基础、构支架基础、道路结构层下、电缆沟底板下、挡土墙底、排水沟沟底及沟壁设置300~500厚砂垫层。当基础超深超过2m时，常采用C15毛石混凝土浇注至基础底，底部再设置300厚砂垫层，垫层宽度比四周基础宽100mm。
（3）压实度法
变电站岩土存在弱膨胀性，可通过控制场地平整时回填土的压实度处理土基膨胀土，其余建构筑物基础及地下构筑物均不做处理，一般要求回填土压实系数不小于0.94。
（4）土质改良法
此法在变电站工程中也常运用，主控通信楼、构支架、主变压器等建构筑物基槽土回填时，回填土中掺入6%~8%石灰再回填。在场地平整阶段，也可考虑对回填土方进行改良后方用于回填，这样位于改良回填土中基础及构筑物可不必进行膨胀土处理。
（5）全封闭法
场地平整时如有膨胀土外露时，可采用改良土（如石灰土）或非膨胀土在场地表面形成封闭层。挡土墙顶面及墙基础表面
（5）桩基础
除以上处理方法外，在强膨胀土地区，考虑到膨胀土的破坏性和难治理性，对于站内基础均采用桩基处理，桩基可穿过强膨胀土到达稳定层，站区边坡也采用挡墙及抗滑桩处理。
4 工程实例
4.1广西220kV谊祥变电站
220kV谊祥变电站位于广西省凭祥市夏石镇那楼村东南面约1km处，南距夏石至扣山县道约40m，站址为低丘地貌，场地范围内为山坡，南侧、东侧地形略高，北侧地形较低。根据地质勘察报告，场地内各岩土层为耕表土①、粘土②层、粘土③层，强风化粉砂④层与中风化粉砂层，其中粘土②层具弱膨胀潜势，粘土③层具弱～中等膨胀潜势，强风化泥岩④层具弱～中等膨胀潜势。此场地膨胀土地基的胀缩等级为Ⅱ级。
站内外建构筑物处理：填方区护坡坡面下2m填土掺入8%生石灰，挖方区护坡坡面下回填500mm厚8%石灰土；排水沟四周设置300厚中粗砂垫层；挡土墙墙后6m范围内采用8%石灰土夯实回填，墙底设300厚砂垫层，挡土墙泄水孔后设置300厚反滤层，挡墙墙附近自然地面设置封闭层（采用60厚C10混凝土层和100厚2：8灰土层）；电缆沟采用砖砌沟壁及混凝土地板，沟壁四周设置300厚8%石灰土，底板设置300厚砂垫层；混凝土道路结构层下设置500厚砂垫层；构、支架基础超深部分采用C15毛石混凝土浇至基础底部或采用人工挖孔桩，毛石混凝土底面垫500厚砂垫层，桩基承台用砖架空100mm。主控通信楼基础底面铺500厚砂垫层，室内回填土掺入8%石灰。
4.2柬埔寨220kV马德望变电站
230kV马德望变电站位于柬埔寨王国马德望省省城西北方向，相距省城中心約11km, 5#公路东侧约0.3km附近,交通方便。根据地址报告，场地内土层分别为粉质粘土①1层、粉质粘土①2层、粘土②层、粘土③层，其中粉质粘土①1、①2、粘土②土层具有中等膨胀潜势；膨胀土的胀缩性等级划分可判断为强胀缩土，大气影响深度为3.3m,大气急剧影响深度取1.5m。根据水文报告，站址区百年一遇洪水位为17.2m，场地自然地面标高为15.5m～15.9m，场地设计标高定位：17.30m～17.80m，场地填土厚度1.5m～1.8m。
变电站场地平整时，场地内先挖出1m厚土方外弃，再外购非膨胀土填至设计标高，场地表面非膨胀土厚度2.5m～2.8m，站内电缆沟及道路均不作处理，建、构筑物基础采用C15毛石混凝土填至基础底面，底部再填300厚砂垫层。
4 结语
在变电站工程中，对于膨胀土的处理，可根据膨胀土等级及工程特点，从安全、可靠及经济性方面综合考虑，采用多种处理措施相结合方式，以提高工程稳定及安全，降低工程造价。
参考文献：
GBJ 1l2-87膨胀土地区建筑技术规范[S]
张其光.膨胀土处理措施.四川建材.2007[1]:160～163