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膨胀土地区输变电工程地基处理浅析


所属栏目:建筑设计论文
发布时间:2011-02-26 14:47:21  更新时间:2025-01-13 10:14:23

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  (中国电建集团青海省电力设计院有限公司西宁810008)

  摘要:输变电工程是电网建设中的重要内容,对于保障社会生产生活用电质量发挥着关键作用,尤其是在现代化建设进程的不断推进中,电力资源的需求逐渐上升,对于输变电工程的建设质量提出了更高要求。在输变电工程地基处理过程中,时常面临着膨胀土的影响,使得工程建设存在着一定的困难。本文主要以河南南阳地区的膨胀土为例,从膨胀土的裂隙性、超固结性、胀缩性等方面,对于膨胀土的特性及其对输变电工程的危害进行分析,探索膨胀土地区输变电工程地基处理措施,并结合工程实例研究膨胀土地区输变电工程的设计与施工措施,以期为类似工程提供借鉴。

  关键词:膨胀土;输变电工程;地基处理

  膨胀土是一种高塑性粘土,具有胀缩性、裂隙性和超固结性等特点,亲水性矿物是膨胀土粘粒成分的主要组成部分,膨胀土的胀缩变形会受到环境湿度的影响【1】。在一般状态下,膨胀土具有较高的强度,但是遇水后就会出现膨胀的现象,环境的变化会对膨胀土的特性产生重要影响。膨胀土的破坏性特征也比较明显,具有浅层性、长期性和季节性等特点,上述特点都会对膨胀土的强度产生影响。膨胀土的胀缩性受含水率影响明显,膨胀土的收缩变形会在失水时发生,膨胀土的膨胀则在遇水时发生。由于膨胀土的上述特点,给输变电工程的施工造成了一定困难,尤其是在地基处理过程中面临巨大挑战。建筑物基础的升降、地坪的变形等状况都会由于膨胀土的胀缩而出现。采用换填土、桩基础等措施能够进行有效处理。

  1.膨胀土的工程特性及危害分析

  自然状态下的膨胀土具有裂隙性、超固结性以及膨胀性等基本工程特性【2】。首先,膨胀土具有多裂隙性的特点。网状裂缝或者多边形裂隙存在于裂土的表面,裂隙又可以分为原生裂隙和次生裂隙。闭合状是原生裂隙的主要特征,风化型是次生裂隙的主要特征。在输变电工程中,由于膨胀土的干缩裂隙会导致雨水进入土体,造成浸水土体自身强度的下降,从而减小塔基基础的上拔力,影响塔基及站址的稳定性;其次,膨胀土具有超固结性。超固结性使得膨胀土的抗压强度与抗剪强度下降,在输变电工程建设中容易造成基础底部的变形。最后,膨胀土具有很强的胀缩性。蒙脱石和伊利石黏土矿物是膨胀土的主要组成成分,遇水后会产生明显的膨胀,失水时则会产生明显收缩,膨胀和收缩作用会使输变电工程基础产生水平和竖向不均匀变形,对建筑基础造成严重破坏,其中土粒迁移是胀缩现象的主要原因【3】。

  2.膨胀土地区输变电工程地基处理措施

  2.1换土法

  为了消除膨胀土对于输变电工程的影响,可以采用换土法对地基进行处理,通过挖掉全部或者部分膨胀土,用砂土、非膨胀粘性土、灰土或者砂砾土等进行替换,避免地基因为膨胀土的存在而出现的变形状况,实现膨胀土不良工程特性的规避,实现输变电工程地基的有效改善。换土法简单直接易操作,被广泛应用于输变电工程地基处理过程中。在基底下膨胀土挖掘的过程中,应该注重机械挖掘和人工挖掘的合理使用,非膨胀土采用分层铺设和碾压的方法,合理控制填料的干重度、土块尺寸、碾压质量、含水量和铺土厚度等,能够实现换土效果的增强。为了提升输变电工程地基处理的效果,还可以采用排水辅助措施提升换土法的施工质量。

  2.2垫层法

  垫层法也是一种常用的输变电工程地基处理方法,尤其是在胀缩变形层和膨胀土层较薄的情况下,垫层法更能发挥其功效。当输变电工程中遇到较厚膨胀土层时,可以挖除部分土层,之后进行碎石垫层和砂垫层的铺设,能有效防止膨胀土出现变形状况,对于膨胀土地基沉降量进行合理控制,增强地基的稳定性,保障输变电工程的质量【4】。为了避免地下水毛细作用造成的膨胀土胀缩,也可以采用砂土层进行垫层处理,这种方法简单易行而且成本投入较小,适合输变电工程的地基处理。

  2.3帷幕保湿法

  处理膨胀土地区输变电工程地基的过程中,经常采用的一种方法是帷幕保湿法,为了避免地基中有外部水分的进入或者地基中水分的流失,需要在建筑物的两侧设置帷幕,能够保持输变电工程地基中的水分平衡,避免水分的增加和减少带来的膨胀变形现象。在帷幕制作的过程中,应该选用不透水材料,切实保障地基中水分的稳定,沥青油毡帷幕、填土的塑料薄膜帷幕、填砂的塑料薄膜帷幕和塑料薄膜灰土帷幕等,是几种比较常见的帷幕保湿类型。

  2.4桩基法

  桩基法的应用,能够有效处理输变电工程地基中的膨胀土,实现地基稳定性的提升,尤其是在高层和基底压力较大、膨胀土厚度较厚的地基处理中,桩基法能够发挥其强大的作用。为了避免输变电站工程地基受到膨胀土胀缩性的影响,可以在大气影响层或者非膨胀土持力层以下的稳定层中支撑桩尖,从而实现地基的有效处理,灌注桩是桩基法中常见的一种处理方式。

  2.5土质改良法

  为了降低膨胀土对于输变电工程地基的影响,还可以对地基土质进行改良,以提升地基的稳定性,保障输变电工程质量。土质改良法又分为物理改良法、化学改良法和综合改良法。物理改良法就是通过非膨胀性固体材料的添加,实现膨胀土颗粒组成级配的改变,实现胀缩性的抑制,砂砾石、风积土和矿渣等都是比较常见的掺合料。

  在化学改良法中,最常见的一种方法就是通过添加石灰土改变膨胀土的特性,降低膨胀土的膨胀性、液限和粘粒含量,实现塑性与强度的增强。对于膨胀土的胀缩特性,石灰土能够起到很好的抑制作用,此种方法简单方便,而且成本投入较小。此外,还可以用水泥土对膨胀土进行化学改良,通过拌和水泥、水和土料等形成混合物应用于输变电工程地基处理中。粘土层之间的胶结力会由于水泥的添加而增强,实现地基稳定性的提升,与石灰土相比,水泥土能够实现耐久性和强度的显著提升【5】。应用NCS固化剂也能够对膨胀土进行化学改良,在发挥NCS固化剂吸水性能的同时,能够对土体强度进行有效提升,通过良好的冻融稳定性与水稳定性,对于含水量较高的膨胀土进行有效改良。

  综合改良法则结合了物理改良法与化学改良法的特点,实现物质组成结构转变的同时,能够改变膨胀土的物理力学性质,具有成本低廉、改良效果佳的特点。

  3.工程实例分析

  在某变电工程中,主要采用了换土法和桩基法来处理膨胀土地基。为了实现基底面积的减少和膨胀的降低,主控楼为2层钢筋混凝土框架结构,并设置地下室电缆夹层,应用柱下独立基础。3.5m为本工程中基础的埋深,放坡控制在1:0.5,回填料选择了红粘土。架空地下室底板,能够有效避免底板受到膨胀土胀缩的影响,0.9m为室内外高差,利用自防水混凝土并进行防水砂浆的粉刷。

  在处理电缆沟基础的过程中,利用C25钢筋混凝土结构,挖除大气急剧影响层内的膨胀土,换填时控制厚度在300mm左右,碾压后控制边坡坡度为1:0.5。格构式钢结构应用于构架柱中,在与基础连接的过程中应用地脚螺栓,灌注桩基础的应用能够有效避免膨胀土对设备基础的影响。应用红粘土对道路地基进行换填,厚度控制在300mm左右,并应用双层双向钢筋和混凝土结构层,伸缩缝设置完成后用柔性防水材料沥青麻丝进行填充。在该工程中,通过合理选择基础型式及地基处理方案消除了膨胀土的危害性,该变电站至今运行情况良好。

  4结语

  在变电站工程建设中,经常会遇到膨胀土的状况,膨胀土具有的强膨胀性、超固结性与多裂隙性,会对工程基础造成严重的破坏,影响输变电工程的稳定性。因此,应该对膨胀土地基进行有效处理,保障其符合工程建设的要求。帷幕保湿法、换土法、垫层法、桩基法和土质改良法等,都是应用十分广泛的膨胀土地基处理方法,在施工过程中应该根据工程要求的不同,合理选择处理方法,以保障输变电工程的顺利进行。

  参考文献:

  [1]陈善雄.膨胀土工程特性与处治技术研究[D].武汉:华中科技大学,2006.

  [2]黄丁俊.膨胀土和红粘土的水力和力学特性研究[D]上海大学2015.

  [3]王丹.浅析沈阳地区膨胀土在工程建设中的影响[J].中国非金属矿工业导刊,2018(02):18+21.

  [4]沈磊,赵德文.襄阳地区膨胀土胀缩变形分析与加固措施设计[J].铁道勘察,2018,44(03):70-74.

  [5]王安国.膨胀土地基处理方法研究[J].科技创新与生产力,2018(02):94-96.



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