邢廣銳

(黑龍江省電力勘察設計研究院，哈爾濱150078)

膨脹土是土中黏粒成分，主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。對于膨脹土上的建筑物設計，需充分考慮膨脹土的特性，并對其分析評價，否則會影響建筑物上部結構的穩(wěn)定性。本文通過對黑龍江省雙鴨山市某一變電站巖土工程勘測成果進行研究分析，計算場地內膨脹土的膨脹潛勢及脹縮等級，并對地基進行評價，提出了整治措施及建議。

1 地層概況

變電站工程規(guī)劃規(guī)模為500 kV/750 mVA，位于黑龍江省雙鴨山市，場地地勢南高北低，變化較大，地形為坡地及崗地，地貌單元屬剝蝕丘陵區(qū)，場地無明顯自然陡坎。

巖土工程勘測揭露的場地巖(土)地層構成，上覆為第四系全新統(tǒng)坡積層)、殘積層巖性主要為黏性土及殘積土;下伏為元古界花崗巖，上部覆蓋層厚度隨地勢變化較大。其場地地層特征為:①耕土層:黃灰、灰黃、黃褐色，松散，濕，主要由黏性土組成，含植物根系，層厚一般為0.40 ～0.70 m，層底埋深0.40 ～0.70 m，在場地內分布廣泛;②黏土層:黃褐、褐色，硬塑狀態(tài)，稍濕，含氧化鐵及鐵錳結核，干強度、韌性高，光滑，無搖震反應，層厚一般為0.90 ～4.50 m，層底埋深1.50 ～5.00 m，在場地內分布廣泛;③粉質黏土層:淺黃、黃褐、黃色，硬塑狀態(tài)，稍濕，含鈣質，干強度、韌性中等偏高，稍有光滑，無搖震反應，層厚一般為0.50 ～8.60 m，層底埋深0.90 ～14.60 m，在場地內分布廣泛;③1粉質黏土層:黃褐色、黃色，可塑狀態(tài)，稍濕，含氧化鐵及鐵錳結核，干強度、韌性中等，稍有光滑，無搖震反應，層厚一般為0.60 ～3.00 m，層底埋深2.10 ～10.30 m，在場地內分布不均勻;③2黏土層:黃褐、褐色，硬塑狀態(tài)，稍濕，含氧化鐵及鐵錳結核，干強度、韌性高，光滑，無搖震反應，層厚一般為0.60 ～4.70 m，層底埋深4.60 ～14.60 m，在場地內分布不均勻;④殘積土層:黃褐、褐黃、黃色，中密，稍濕，呈風化砂、黏性土、角礫碎屑等混合狀，層厚一般為0.40 ～2.00 m，層底埋深0.90 ～15.30 m，在場地內分布廣泛;⑤花崗巖層:黃褐、褐色，強風化，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結構類型為碎裂體結構，層頂埋深1.10 ～15.80 m，在場地內分布廣泛;⑤1花崗巖層:黃褐、褐黃、黃色，全風化，巖體極破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體結構類型為散體狀結構，層厚一般為0.40 ～1.30 m，層底埋深1.00 ～15.80 m，在場地內分布廣泛。場地典型地質剖面圖見圖1。

根據(jù)參照附近某大型發(fā)電項目勘測成果、場地的工程地質特征及本工程勘測成果，場地地層中②層、③層、③2層地基土自由膨脹率大部分＞40%，可判定其屬于膨脹土。因此對場地變電站進行工程設計時，要重點查明膨脹土的工程特性，為設計提供重要的依據(jù)。

圖1 場地典型地質剖面圖

2 膨脹土物理力學性質指標及脹縮特性

2.1 膨脹土物理力學性質指標

本文對工程的巖土工程勘測室內土工試驗成果進行了統(tǒng)計，結果見表1。

表1 膨脹土物理力學性質指標

2.2 膨脹土脹縮性指標

本文對本工程膨脹土室內土工試驗結果進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見表2。

表2 膨脹土脹縮性指標

根據(jù)表1、表2 統(tǒng)計結果以看出，站址場地上覆以硬塑狀態(tài)黏性土為主，中等壓縮性，承載力較高，可以作為建(構)筑物天然地基，但根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)表4.3.4 可判定具有弱膨脹潛勢，設計應充分考慮膨脹土遇水膨脹土、失水收縮的特性對上部建(構)筑物穩(wěn)定性影響。

2.3 脹縮等級

對含有膨脹土場地進行巖土工程勘測，重點就是要查明膨脹土的分布特征及其脹縮特性和脹縮等級。脹縮特性根據(jù)自由膨脹率、50 kPa壓力下相對膨脹率和收縮試驗結果判定，而脹縮等級則根據(jù)其脹縮變形量確定。

根據(jù)膨脹特性指標可以判定地基土是以膨脹與收縮的變形方式進行的，依據(jù)下面方法計算地基土的脹縮變形量。根據(jù)土工試驗成果資料，地表以下1 m處土的天然含水量(ω)=23.8%，塑限含水量(ωp)=24.3%，根據(jù)當?shù)貧庀筚Y料場地大氣影響深度Zn=6.80 m，土的濕度系數(shù)Ψw=0.42。

地基土的脹縮變形量，應按下式計算:

式中:s 為地基土的脹縮變形量，mm;δepi為基礎底面下第i 層土在該層土的平均自重壓力與平均附加壓力之和作用下的膨脹率，由室內試驗確定;hi為第i層土的計算厚度，mm;n 為自基礎底面至計算深度內所劃分的土層數(shù)，計算深度應根據(jù)大氣影響深度確定;有浸水可能時，可按浸水影響深度確定;λsi第i 層土的收縮系數(shù)，應由室內試驗確定;△wi地基土收縮過程中，第i 層土可能發(fā)生的含水量變化的平均值(以小數(shù)表示);Ψ 計算膨脹變形量的經(jīng)驗系數(shù)，可取0.7。

根據(jù)上式算得:Δω1=0.13594。

以巖土工程勘測報告資料中28 號鉆孔地層為例，基礎埋深按2.50 m計，在大氣影響深度內，基礎底面至計算深度內所劃分的土層數(shù)為三層，根據(jù)下式計算②層、③、③2層含水量變化值。

式中:z1=2.25 m，z2=4.70 m，z3=4.70 m。

計算結果Δw1=0.1087978;Δw2= 0.0556;Δw3=0.02411。

各層指標分別為:Ψ =0.7，h1=1 400 mm，h2=1 600 mm，h2=1300 mm，δep1=0.063%，δep2=0.18%，δep3=0.12%，λs1=0.229，λs2=0.20，λs3=0.27，根據(jù)上述公式2－1 計算地基土脹縮變形量s =46.52 mm。

根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)表4.3.5 判定，站址場地地基土的地基脹縮等級為Ⅱ級。通過對計算結果分析，可以得出站址場地內地基土的地基分級變形量以收縮變形為主。

2.4 大氣影響急劇層深度

本地區(qū)大氣影響深度為6.80 m，因大氣影響急劇層深度應為大氣影響深度的0.45 倍，所以場地大氣影響急劇層深度可以按3.06 m考慮。根據(jù)建筑場地分類，站址地形坡度＜5°，場地應為平坦場地，站址區(qū)的基礎埋深不應小于大氣影響急劇層深度。

3 地基評價

變電站場地屬山區(qū)地基的土巖組合地基，基巖表面坡度起伏較大，同一建設標高地基不均勻。設計時要避免將同一建筑物的基礎同時置于不同地基土上，避免產(chǎn)生過大的地基不均勻沉降。

地基土中的②層、③層、③1層、③2層、④層、⑤層、⑤1層無論從地基巖(土)中的強度、及埋藏條件，均能滿足變電站建(構)筑物對地基強度及變形的要求，可作為建(構)筑物天然的地基。

依據(jù)巖土工程勘測成果地基土中②層、③層、③2層具有弱膨脹潛勢，地基土的地基脹縮等級為Ⅱ級。根據(jù)場地內各建筑地段的地層巖性，膨脹土要分布在綜合建筑、主變壓器、部分500 kV配電裝置、部分附屬建筑物地段。經(jīng)室內土工試驗成果分析，②層、③層、③2層地基土的膨脹力范圍值在1.3 ～12.1 kPa，膨脹力小于建筑物基礎的基底壓力，可不考慮膨脹對工程建設影響。②層、③層、③2層地基土收縮系數(shù)范圍值在0.10 ～0.33，根據(jù)對地基土的分級變形量驗算，場地內地基土以收縮變形為主。設計和施工應根據(jù)地基土的地基脹縮等級和當?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗，按《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)的有關技術規(guī)定，進行設計及施工，對建(構)筑物進行必要的構造處理，同時施工時保持地基土的天然含水量，必要的建筑地段基礎埋深應大于大氣急劇影響深度或采取砂、碎石石墊層等方法進行地基處理。建(構)筑物在施工期、運行期應保護地基土的原始環(huán)境狀態(tài)，同時應加大建筑物的散水寬度，散水以外的空地，宜多種草皮和綠籬。當采用樁基礎時，其深度應達到脹縮活動區(qū)以下，且不小于設計地面下5.0 m。挖方邊坡要做好截排水措施，放坡不宜太陡，距離較大時可考慮在坡腳設置擋土墻［1］。

4 結 語

文章依據(jù)變電站巖土工程勘測成果，重點對場地的膨脹土特性進行分析，通過分析可以得出以下結論:

1)變電站場地地基巖土為膨脹土，自由膨脹率多在40% ～65%，脹縮等級為Ⅱ級，具有明顯的收縮性。

2)當采用膨脹土作為地基持力層時，應將基礎埋深加大(不小于大氣影響急劇層深度)，局部地段可對建(構)筑物進行必要的構造處理，同時施工時保持地基土的天然含水量。

3)采用樁基礎時，其深度應達到脹縮活動區(qū)以下，且不小于設計地面下5.0 m。

4)應盡量避免采用膨脹土作為填料，當必須用膨脹土作填料時，宜采取改良措施;邊坡設計時，坡度不宜太陡，同時須做好坡面的防滲措施。

［1］薛遠峰，鄭堅，洪哲，等. 雙鴨山熱電廠膨脹土地基巖土工程評價［J］. 電力勘測設計，2005(06):29－32.