一種用於變電站軟土地基施工的強夯置換綜合法的製作方法

2023-05-14 16:59:11

專利名稱：一種用於變電站軟土地基施工的強夯置換綜合法的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築地基處理技術領域，尤其涉及一種適用於軟土地基的強夯置換綜合法。
背景技術：
在建的變電所等部分功能性建築有相當一部分是建在軟土地基上。為確保變電所 建築物及變電所安裝設備的基礎穩固，目前通常的處理方法是採用樁基，真空預壓、真空堆 載預壓、堆載預壓等形式。採用樁基處理變電所地基時，由於一般變電所的佔地面積較大，這樣就只能對主 要的建、構築物以及主要的構支架下採用樁基，而且採用不同的樁長；其他的水工構築物以 及道路、圍牆、電纜溝下只得採用其他形式的地基處理方式，如水泥土攪拌樁、素砼灌注樁 等形式，這樣在處理的時間以及費用上都要花費大量的時間和財力。通常情況下，每一個變 電所都不可能一次就完成投入建成，而要後期擴建一部分，往往在建設一期時，應將基礎處 理全部完成，這就可能導致在後期擴建時，因為種種原因，給擴建帶來不少的矛盾和困難， 如設備的選型受限制等。採用真空預壓、真空堆載預壓、堆載預壓等形式處理時，將要花費很長的時間，而 且由於地基的差異性等原因，在最後的處理效果上也不是很理想。在最後的投產使用過程 中出現了很多的問題，危及功能性建築，特別如變電所等具有大型設備建築場所的安全運 行。一般經過以上方法處理過的變電所建成並投入運行一、二年後，出現的一些不良 現象，主要有電纜溝開裂、損壞；個別端子箱傾斜；220kV場地地基下沉引起220kV正母線 (管母型)彎曲嚴重，使正母閘刀靜觸頭與絕緣支柱脫離等事故隱患。目前國內針對由於地基密實度和強度低、承載力差導致的地基土在承受上部壓力 時容易出現較大的壓縮變形，造成建築物結構產生裂縫和不均勻沉降的問題，最為有效的 方法為強夯置換法。強夯置換法主要是利用重錘高落差產生的高衝擊能力排開軟土，再夯 入石塊、碎石、片石、礦渣、砂以及其他粗顆粒材料等性能較好的材料強力擠入地基中，在地 基中形成一個個的粒料墩，墩與墩之間土形成複合地基，以提高地基承載能力。CN1743561A 公開了一種改進的新型柱錘強夯置換法。因為一般變電所對地基承載力的要求較低，如變電所建構築物均在一 二層左 右，一般要求地基承載力在IOOkpa即可，對於構支架而言，相對建、構築物的要求就更小。 如果在變電所設計過程時採用強夯置換綜合法處理後，從承載力以及沉降變形上均能完全 滿足變電所建、構築物以及構支架的要求，而且是對全所地基一次性的全部處理完成，對於 後期的改擴建會帶來很大的方便，同時對於全所在以後運行後所產生的不均勻沉降問題也 會得到很好的解決。如何設計一種適合變電所軟土地基的強夯置換綜合法是擺在科技技術人員面前 需要解決的技術問題。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種針對於變電所軟土地基的強夯置換綜合 法，旨在解決減小變電所地基不均勻沉降等問題。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的本發明所述的用於變電所軟土地基施工的強夯置換綜合法，包括在強夯置換前對 基礎地面進行預處理，然後回填結構密實，級配良好、抗剪強度高的石料、山皮土和/或塘 渣等散體顆粒以及生石灰的混合土料，在點式置換完成強夯柱體後，鋪設砂夾碎石墊層，並 碾壓密實。具體的，包括以下步驟(1)場地平整按設計標高，挖除表層耕植如蘆葦耕植、及雜填土 ；(2)回填土層回填包括生石灰和散體顆粒的混合土料，所述的散體顆粒選自石 料、山皮土、和塘渣中的至少一種；(3)點式置換完成強夯墩體；(4)鋪設砂夾碎石墊層，並碾壓密實。在本發明的方法中，是對整個地基進行回填，在回填土層達到設計標高后，再放線 布點，進行點式置換強夯處理。在本發明的優選實施方案中，所述的回填土層中生石灰與散體顆粒的體積比為 1 2-1 3;所述的混合土料中有機質的體積含量小於5%，且不含膨脹土。更優選，所述的回填土層中距墩頂設計標高附近的混合土料中也可以摻加石膏和 水泥，摻加的量為生石灰用量的3% 10% (體積)。在本發明的具體實施中，混合土料中生石灰與散體顆粒的體積比可優選用1 2 或1 3;墩頂設計標高附近的生石灰用量不宜過大，優選摻加石膏和水泥。對於石膏和水 泥沒有特別的限制，根據實際需要和經驗選擇即可。在本發明的方法中，允許使用的混合土料的含粉量小於10%。優選所述的混合土 料中重量含量大於90%的顆粒粒徑在200 500mm之間，其中粒徑大於300mm的顆粒的重 量含量小於混合土料總重的10%。在本發明的方法的具體實施時，所述的回填土層的厚度依據設計標高確定，優選 所述的回填土層的厚度約為1. 5m。在本發明的優選實施方案中，所述的鋪設的砂夾碎石墊層的含泥量應小於3%，且 不含如植物殘體、垃圾的雜質；經碾壓密實後，密實度不小於0. 94，其中碎石的最大粒徑為 20mm。在具體實施時，碎石佔全重比例及壓實係數按承載力要求現場試驗確定即可。在本發明的強夯置換綜合法中，所述的點式置換強夯墩體的夯墩位布置可為梅花 形均布和滿夯兩種布置，墩距為1. 5 2. 0倍錘底直徑。在具體實施時，優選所述的強夯場地分別按以下兩種布置形式強夯(1)主夯和間夯呈正方形布置，邊長3. 2m ；滿夯錘印相切；(2)主夯和間夯呈梅花形布置，邊長4. Om ；滿夯錘印相切。更優選，所述的點式強夯置換滿足單點擊數為主夯不少於9擊，間夯不少於6擊， 且最後3擊，每擊夯坑沉量小於等於5cm ；滿夯3擊；夯擊遍數為4遍，其中第1、2遍為跳行 夯擊全部夯點，第3遍為間夯，即在每個主夯點斜向對角補一夯點，第4遍為滿夯，強夯置換處理深度小於等於5m。在本發明的強夯置換法具體實施過程中，應注意測定如下數據，以確保施工質 量(1)強夯前的場地標高，各遍夯後整平標高；(2)各遍夯點最後三擊的夯沉量，計算出夯坑的總下沉深度，各遍在整個夯區內均 勻的選一定數量的點測每一擊的下沉量，作為與強夯比較和檢測參考、滿夯只在開始時，以 貫入度控制，得出錘擊數，以後以此數為準施打，不再作測量；(3)強夯中若發現地面變化較大時，需作隆降觀測；(4)強夯形成的夯坑直徑，主要在強夯時測定，作為計算土體壓縮及填料量的參 考；(5)記錄各夯坑的填料數量；(6)做好原位測試、土工試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗等檢測工作，現場做載 荷試驗、旁壓試驗、波速法試驗等。與現有技術相比，本發明的有益效果是1、通過對建、構築物地基進行強夯置換綜合法處理後，最終形成塊(碎)石墩，塊 (碎)石墩與周圍混有砂石及土的夯間土形成複合地基，既提高了地基強度，又改善了排水 條件，有利於軟土的固結。2、經本發明的方法處理的變電所地基的承載力完全可以滿足全所建、構築物的上 部結構要求，對於變電所後期的擴建以及設備的選型及安裝也帶來了很大的方便。


圖1是本發明夯墩位正方形夯點布置圖；圖2是本發明夯墩位梅花形夯點布置圖；圖3是本發明夯墩位滿夯夯點布置圖；圖4是經本發明方法處理後基礎地面場地剖面圖。1-建構築物基礎；2—場地回填土層；3-砂夾碎石墊層；4一墩間土 ；5—墩體
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的強夯置換綜合法作進一步詳細描述。一、本實施例變電所的所址自然條件及地質條件本實施例所址地貌類型屬衝積海積平原，場地原為海塗養殖場。場地地形較平坦。 所址附近河流縱橫，所區基本積水，地表水系發育。所址淺部地基土主要為第四系衝積海積 相沉積物組成，現將勘探深度範圍內土層性狀自上而下分述如下(0)層素填土 灰黃色，很溼，結構鬆散，主要由淤泥質土、粘性土組成。該層主要 分布於所區塘提部位，層厚0. 70 1. 50m。(1)層淤泥灰色，飽和，流塑，幹強度高，含少量有機質及雲母片，局部該層底部 夾有粉土層，系新近沉積，性質差。該層在所區均有分布，層厚2. 70 4. IOm,層頂標高 0. 33 2. OOm, 一般在1. 30m左右；地基承載力特徵值fak = 50kPa。
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(2-1)層粉土夾淤泥質粉質粘土 灰黃、灰色，很溼，稍密為主，幹強度中等偏低， 韌性中等偏低，夾有淤泥質粉質粘土層(灰色，飽和，流塑)，該層局部為中密狀粉土。該層 在所區均有分布，層厚11. 50 13. 10m，層頂標高-2. 97 -0. 79m ；地基承載力特徵值fak =IOOkPa0(2-2)層粉土 灰、灰黃色，溼 稍溼，中密為主，幹強度低，韌性低，含少量粉沙。 該層在所區均有分布，層厚4. 60 6. 50m,層頂標高-14. 57 -13. 29m ；地基承載力特徵值 fak = 170kPa。(3)層淤泥質粉質粘土 灰色，飽和，流塑，幹強度中等偏高，含少量粉粒及有機 質。該層在所區均有分布，層厚8. 30 12. 50m，層頂標高-20. 57 -18. 80m ；地基承載力 特徵值 fak = 80kPa。(4-1)層粉土 灰、灰黃色，溼 稍溼，中密為主，幹強度低，韌性低，含少量粉沙。 層厚1. 20 3. 40m，層頂標高-28. 71 -28. 07m ；地基承載力特徵值fak = 150kPa。(4-2)層粉質粘土 灰、灰黃色，溼，可塑為主，幹強度中等，韌性中等，含少量粉 粒。該層在所區均有分布，層厚0. 90 2. 80m，層頂標高-31. 69 -29. 89m ；地基承載力特 徵值 fak = 120kPa。(4-3)層粉質粘土灰黃色，溼 稍溼，可塑，幹強度中等，韌性中等，含少 量粉粒，局部為粉土、粉沙。該層在所區均有分布，一般層厚1.70 3. 40m，層頂標 高-33. 59 -31. 87m局部該層厚度大於7. IOm ；地基承載力特徵值fak = 150kPa。(5)層粉土 灰黃色，溼 稍溼，中密 密實，幹強度低，韌性低，局部為粉沙。場地地下水對混凝土無腐蝕性；在乾濕交替條件下，地下水對鋼筋混凝土結構中 的鋼筋有中等腐蝕性；地下水對鋼結構有中等腐蝕性。二、本實施例主要技術數據基本風壓值0. 70kN/m2 ；基本雪壓值0. 45kN/m2根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306-2001)及《中國地震動反應譜 特徵周期區劃圖》(GB18306-2001)，所址未來50年超越概率10 %的地震動峰值加速度為 0. 05g (g為重力加速度)，相應的抗震設防烈度為6度。所區土類型為軟弱土，建築場地類 別為IV類，屬於抗震不利地段。三、本實施例變電所區總平面布置總平面布置參照國家電網公司220kV變電站典型設計A-5方案和「兩型一化」，根 據出線規模相應調整。由於場地較平整，在滿足防洪、防澇前提下並考慮到變電所周圍的規劃要求，整個 場地的地面採用平坡式布置。場地自然標高為1. 05 2. 93m左右(1985國家高程基準，下 同)。所址附近頻率為高潮位4. 00m，一線海塘設計標準為50年一遇；頻率為內澇 洪水位3. 49m。四、使用本發明的強夯置換綜合法處理變電所的軟土地基的具體步驟(1)在強夯施工之前，挖除表層蘆葦耕植、雜填土，平整場地；(2)回填結構密實、級配良好、抗剪強度高的含生石灰，石料、山皮土、或塘渣等散 體顆粒的混合土料，其中生石灰與散體顆粒的體積比選用1 3，墩頂設計標高附近摻加石 膏和水泥，石膏和水泥的用量為1 1，兩者的總摻加量為生石灰體積用量的5%左右；回填
6土層的厚度為1. 5m，土料中有機質體積含量不得超過5%，不含有膨脹土。混合土料的顆粒 粒徑在200 500mm間，粒徑大於300mm的顆粒的重量含量為混合土料全重的8%，含粉量 為混合土料總重的6%。(3)進行點式置換完成強夯柱體；設計參數如下(a)確定主夯、滿夯的夯擊能。主夯和間夯2400kN.m (錘重160kN，直徑2. lm，落距15m)；滿夯1200kN*m (錘重 160kN,直徑 2. Im,落距 7. 5m)。(b)錘底靜接地壓力值可取100 250kPa，錘重宜取150 200kN，錘底面應對稱 設置若干與頂面貫通的排氣孔孔徑可取250 300mm。(c)由圖1-3可見夯墩位採用梅花形均布和滿夯兩種布置，墩距可取1. 5 2. 0 倍錘底直徑。具體強夯參數如下A、單點擊數主夯不少於9擊，間夯不少於6擊，要求最後3擊，每擊夯坑沉量小於 等於5cm;滿夯3擊。B、強夯場地可以分別按以下兩種布置形式強夯主夯和間夯正方形布置，邊長 3. 2m ；滿夯錘印相切；主夯和間夯梅花形布置，邊長4. Om ；滿夯錘印相切。C、夯擊遍數4遍，其中1、2遍為跳行夯擊全部夯點，第3遍為間夯，即在每個主夯 點斜向對角補一夯點，第4遍為滿夯。D、強夯置換處理深度彡5m。(4)鋪設500mm厚砂夾碎石墊層，並經碾壓密實，密實度不小於0.94。砂夾碎石墊 層不得含植物殘體、垃圾等雜質，含泥量約為2%。碎石最大粒徑20mm。由圖4可見，通過本發明的方法對變電所的全所地基進行強夯置換綜合法處理 後，最終形成塊(碎)石墩，塊(碎)石墩與周圍混有砂石及土的夯間土形成複合地基，其 中包括建構築基礎層1、場地回填土層2、500mm厚級配碎石墊層3、墩間土 4、墩體5。經本 發明的強夯置換綜合法處理的地基，既提高了地基強度，又改善了排水條件，有利於軟土的 固結。經檢測地基承載力特徵值可以達到120KPa，這樣就完全可以滿足全變電所的上部結 構要求。
權利要求
一種用於軟土地基施工的強夯置換綜合法，其包括以下步驟(1)場地平整按設計標高，挖除表層耕植、雜填土；(2)回填土層回填包括生石灰和散體顆粒的混合土料，所述的散體顆粒選自石料、山皮土、和塘渣中的至少一種；(3)點式置換完成強夯墩體；(4)鋪設砂夾碎石墊層，並碾壓密實。
2.根據權利要求1所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的混合土料中生石灰與 散體顆粒的體積比為1 2-1 3;所述的混合土料中有機質的體積含量小於5%，且不含 膨脹土。
3.根據權利要求2所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的回填土層中距墩頂設 計標高附近的混合土料中摻加石膏和水泥，摻加量為生石灰用量的3% 10%。
4.根據權利要求1所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的混合土料中重量含量 大於90%的顆粒的粒徑在200 500mm之間，其中粒徑大於300mm的顆粒的重量含量小於 混合土料總重的10%。
5.根據權利要求1-4之一所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的回填土層的厚 度為1. 5m。
6.根據權利要求1所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的砂夾碎石墊層的含泥 量小於3%，且不含植物殘體、垃圾的雜質；經碾壓密實後，密實度不小於0. 94，其中碎石的 最大粒徑為20mm。
7.根據權利要求1所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的點式置換強夯墩體的 夯墩位布置為梅花形均布和滿夯兩種布置，墩距為1. 5 2. 0倍錘底直徑。
8.根據權利要求7所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的強夯分別按以下兩種 布置形式強夯(1)主夯和間夯呈正方形布置，邊長3.2m ；滿夯錘印相切；(2)主夯和間夯呈梅花形布置，邊長4.Om ；滿夯錘印相切。
9.根據權利要求1、7或8中任一項所述的強夯置換綜合法，其特徵在於所述的點式 強夯置換滿足單點擊數為主夯不少於9擊，間夯不少於6擊，且最後3擊，每擊夯坑沉量 小於等於5cm 』滿夯3擊；夯擊遍數為4遍，其中第1、2遍為跳行夯擊全部夯點，第3遍為間 夯，在每個主夯點斜向對角補一夯點，第4遍為滿夯，強夯置換處理深度小於等於5m。
全文摘要
本發明涉及建築地基處理技術領域，尤其涉及一種適用於軟土地基的強夯置換綜合法。本發明的強夯置換綜合法包括在強夯置換前對基礎地面進行預處理，然後回填結構密實的含散體顆粒和生石灰的混合土料，在點式置換完成強夯墩體後，鋪設砂夾碎石墊層，並經碾壓密實。通過使用本發明的方法對變電所建、構築物地基進行處理後，最終形成塊(碎)石墩，塊(碎)石墩與周圍混有砂石及土的夯間土形成複合地基。經本發明的強夯置換綜合法處理的地基，既提高了地基強度，又改善了排水條件，有利於軟土的固結。
文檔編號E02D3/046GK101967819SQ200910055438
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月27日 優先權日2009年7月27日
發明者李運明 申請人:上海艾能電力工程有限公司