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真空联合堆载预压在变电站软地基处理中的应用

2015-07-14 206 0

随着经济的发展，软土处理的需求加大，真空预压处理软土有着比较大的优势，被广泛运用。真空堆载联合预压法建设工期短、造价低、安全性高、节省土方、地基稳定性好等特点，目前已在我国的港口和公路工程领域中成功应用，取得显著的社会效益和经济效益。本文通过介绍真空堆载联合预压在变电站软基处理中的应用实例，分析塑料排水板结合真空联合-堆载预压施工方案，阐述了真空堆载联合预压的施工工艺及质量控制要领，可为今后在变电站地基处理的推广应用提供借鉴。
　　1 工程概况
　　110千伏科苑变电站为常规敞开式新建变电站，地处江门市高新技术产业园区，该区域地位于珠江三角洲西缘冲淤积地带，变电站场地位于在淤泥与淤泥质软土地基上。变电站总占地面积7451m2，主要包括一幢3层主控楼、一层警传室及110kV配电装置场地、1#主变、2#主变、消防水池、消防泵房、事故油池、电缆沟、围墙等电站配套设施构筑物。
　　2 工程土质概况
　　110千伏科苑变电站场地，地表已完全填土、整平，场地岩土层可分为3个主层，现分述见表2-1。
　　勘察期间测得地下水水位埋深约0.60～0.90m，场地标高为2.4～2.95m（黄海高程为6.22m）。场地内素填土层含少量孔隙潜水;淤泥质粘土层透水性很弱，为相对隔水层;强风化岩含有少量裂隙水。地下水主要接受大气降水补给和周围环境水侧向补给，钻探过程中未见严重漏水和突然涌水等不良现象。
　　3 地基处理设计
　　由于淤泥深厚，具有含水量大，压缩性高，强度低，透水性差等特点，在上部外加荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降的延续时间相当长。根据规范结合本工程实际情况，设计单位对实施地基处理采用真空-堆载联合预压法。
　　3.1真空预压加固软基的基本原理
　　真空预压法属于排水固结法，通过采用专门真空泵设备，在地基中抽真空产生负压，排出土孔隙中的水分，从而使土体产生固结变形;从有效应力原理可知：孔隙水排出，孔隙水压力减小后，有效应力就相应增加，在压力差作用下，土体中的水分被排出，抽气过程中，土体得到固结，土体强度得到提高。这种通过抽真空而达到预压效果的方法称为真空预压[1]。
　　3.2 真空联合堆载预压的实质
　　真空联合堆载预压的实质是真空预压和堆载预压的迭加。根据达西定律，土体中孔隙水的渗透速度与水力坡度（Δh/L）成正比，增加水头差Δh和减少排水距离L，均可加速土体排水固结。真空预压的加固机理是通过降低土体中孔隙水压力，也就是使加固区内形成负的超静孔隙水压力，加固区内外存在水头差，使之形成渗流需要的水力梯度;而堆载预压是由于堆载产生正的超静孔隙水压力，通过孔压的消散而使强度得到提高，两者联合作用，正负孔隙水压力的压差增大，也就是增加水头差Δh，造成孔压消散更快，加固效果更好。真空联合堆载预压法的排水系统与真空预压完全相同，但加载系统由真空预压部分和堆载预压部分共两部分组成。采用真空联合堆载预压的方法可以达到超载预压的目的，而不会产生填土超载预压（不利于稳定）的弊端[2]。
　　因为真空预压在水平方向产生了一个向着负压源的压力，使四周土体向着预压区移动，产生等向固结，不会产生剪应力，同时还能抵消堆载引起的向外挤出变形，这样在一定程度上消除了地基因填土速率快而失稳的危险。
　　3.3 地基处理的设计及施工
　　测量放线定位→平整场地至设计地坪高，埋设深层沉降标→铺砂垫层（50cm）→插塑料排水板，同时施工水泥搅拌桩密封墙→铺设排水波纹管，铺中粗砂层覆盖波纹管→密封墙上挖密封沟→埋孔隙水压力计、分层沉降仪器，铺设真空膜及真空预压排水系统，架设沉降标→在密封沟内埋入真空膜，回填密封沟→开挖外围临时排水沟至场外并设置集水井→试抽真空，检查真空膜有无破损，试抽真空3天，膜内真空度达到80kPa以上并稳定7天后稳定抽真空7～10d后上铺设上层砂垫层（50cm）→检查上砂后有否漏气→在监测人员指导下分层碾压加上堆载至设计高程→地面标高测量、沉降量量值测定及载荷板试验、钻孔取土试验→竣工验收检测→平整场地至软基处理完成标高[3]。
　　表1 110kV科苑（南山）输变电工程施工监测测点情况表
　　4 沉降处理结果与分析
　　本次沉降观测的测试仪器采用DSZ2型水准仪和NTS-352型全站仪进行测试工作。沉降板采用底盘为500mm×500mm、厚3mm的钢板，测量杆采用有螺纹接口的1寸镀锌管。底盘与测量杆连接采用焊接方法，测量杆的接长采用丝扣连接。在表层沉降观测过程中，设置基准点，观测人员和仪器设备相对固定，并采用相同的观测线路和观测时段，从基准点用水准仪、全站仪测出各测点的高程、位置，根据高程、位置变化计算得出各测点的沉降、位移。2014年1月15日，真空预压一次施加达到80kPa后，2月10日和2月17日分级回填共2.50m高度土方堆载，预压荷载共约130kPa，3月22日后开始卸载，4月13日监测工作结束。
　　附图1-表面沉降—时间曲线
　　由附图1-表面沉降—时间曲线可以看出，12个地基土表面沉降观测点的沉降-时间曲线形态基本一致，反映了土层在预压荷载作用下的固结过程。
　　2014年1月17日至1月22日，真空荷载达到80kPa后及2月12日至2月19日土方堆载期间，土层沉降速率较大;以后沉降量虽在增加，但沉降曲线的斜率逐渐减小，3月22日卸载后，土层开始回弹，逐渐减小到稳定。
　　根据三点法计算出地基土表面沉降观测点各的最终沉降量及固结度如下表所列，施工期间，地表总沉降量为862.6mm，平均固结度为77.06%，总沉降量符合设计要求。
　　5、结语
　　本次软地基处理总体看来，被处理土层上部土层固结度较好，中部次之，底部较差，由于土体变形固结变形为主，不会发生剪切破坏，观测期间也未出现报警情况。
　　本次地基处理采用的真空堆载联合预压法，其建设工期交原来的常规地基处理工期要短，而安全性高、节省土方和固结度高等优点在工程建设中尤为突出，可为江门地区在往后的电网建设中提供借鉴和推广经验。
　　参考文献
　　【1】真空联合堆载预压法的设计和施工 [J]《内蒙古石油化工》，2008年05期张还在
　　【2】高速公路深厚软土地基处理研究 [J]《路基工程》2006年02期，王攀、王福胜、张洁
　　【3】变电站真空预压地基处理方法 [J]《城市建设理论研究》，2012（30）王菁

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