建材发展导向２０１５年４月 水利・电力 变电站地基处理方案分析 王冬梅 （河南琛源电力工程设计有限公司） 摘要：本文结合本工程岩土工程特点，对挤密砂石桩复合地基处理、钢筋混凝土管桩桩基础和钻孔灌注桩桩基础方 案进行了技术和经济综合分析与比较。 关键词：挤密砂石桩；管桩；钻孔灌注桩；技术；经济；分析；比较 中图分类号：ＴＵ４７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１６７５（２０１５）０７—０２５９—０２ １工程概况 层⑥粉砂：灰～灰黄色，饱和，中密～密实，主要矿物成份为石 ６Ｏ 本变电站为１１０ｋＶ户外布置常规站，站区建构筑物主要包 英，长石及云母，级配一般，具低压缩性。层顶埋深ｌ３．８０ｍ，层顶标高４８．２９ ４８．６５ｍ。地基土承载力特征值２００ｋＰａ。 括生产综合楼、主变压器基础、１１０ｋＶ构架、支架、电容器基础、事 １３．故油池和避雷针，基础埋深２～６ｍ。站区地面高程在６１．９０～ ６２．３５ｍ间。 拟建场地及其周围地势开阔、地形平缓，未见明显的不良地 质作用。 ２岩土工程条件 本工程岩土工程勘测野外勘探成果与室内土工试验成果表 推荐钢筋混凝土管桩和钻孔灌注桩各项设计参数建议值见 表１。 表１ 明，站址区内地基土由第四系粉质粘土、粉土及粉砂组成，勘探 深度内揭露的岩土地层，依据其形成的地质年代及工程特性的 层号 管桩 端阻ｑｐｋ（ｋＰ￣ 层① 层② 层③ 层③ 层④ 层⑤ 层⑤ 层⑥ ３０ ６０ ３０ ４６ ５５ ４５ ６０ 混凝土 侧阻ｑｓｋ（ｋＰ８） ４０ 差异可以划分为６个主层（编号为层①一层⑥）和两个亚层（编号 １５００ ｌ５００ ２３０ｏ ２８ ５５ ２５ ４２ ５０ ４３ ５５ ５００ ５５０ ８ｏｏ 为③ 和⑤。） 自上而下分述如下： 层①粉质粘土：褐色，软塑～可塑，粘粒为主，见锈染，韧性一 般，０ ０．４ｍ为耕植土，局部夹有粉土薄层，具高压缩性。厚度 土承载力特征值１ １０ｋＰａ。 钻孔灌 侧阻ｑｓｋ（ｋＰ￣ ３５ 注桩 端阻ｑｐｋ（ｋＰ￣ ３场地与地基的地震效应 根据岩土工程勘察报告，本工程场地土类型为中软场地土， ２．７０～３．５０ｍ，层底深度２．７０～３．５０ｍ，层底标高６１．９６～６２．３５ｍ。地基 ３．１场地土类型与建筑场地类别 层②粉土：褐黄色，湿，稍密，粉粒为主，少量云母碎片，略有 建筑场地类别为Ⅲ类。粘性，摇振反应迅速，具中压缩性。厚度１．００～３．００ｍ，层底埋深 ３．２地震基本烈度 ３．８Ｏ～５．８０ｍ，层底标高５６．２９～５８．２４ｍ。地基土承载力特征值 １１５ｋＰａ。 本工程场地均处于地震动峰值加速度０．１５ｇ区，相应的地震 基本烈度为Ⅶ度，设计地震分组第二组。 层③粉质粘土：褐色，可塑，粘粒为主，见锈染，韧性一般，局 ３．３饱和粉土与砂土的地震液化评价 部变异为粉土，具中压缩性。厚度１．１０～２．１０ｍ，层底深度５．８Ｏ～ ７．８０ｍ，层底标高５４．３３ ５６．２４ｍ。地基土承载力特征值９０ｋＰａ。 根据岩土工程勘察报告，地面以下２０ｍ深度范围内的饱和 粉土、粉砂液化判别及液化指数结果综合判定，在７度地震条件 层③．粉土：褐黄色，湿，稍密，粉粒为主，少量云母碎片，略有 下，本场地第①、②、③ 、④层为可液化土层，最大液化土层深度 粘性，摇振反应迅速，具中压缩性。该层仅在５号钻孔出现，厚度 为１０．０ｍ，液化等级为严重。 １．７０ｍ，层底埋深５．８０ｍ，层底标高５６．２４ｍ。地基土承载力特征值 ９０ｋＰａ。 ４地基处理的必要性 根据地质资料，变电站地下水位较高，场地为可液化场地，液 化等级为严重。Ｉ１０ｋＶ变电站抗震设防类别为丙类。按照《建筑抗 震设计规范》（ＧＢ５００１１－２０１０）第４．３．６条要求，对严重液化场地 的丙类建筑，抗液化措施应为“全部消除液化沉陷，或部分消除 液化沉陷且对基础和上部结构处理”。主变基础、电容器基础、构 架基础和设备支架基础无法采取上部结构处理措施，须全部消 层④粉土：灰色，湿～很湿，稍密～中密，粉粒为主，见锈染，少 量云母碎片，略有腥臭味，摇振反应迅速，具中压缩性。厚度 ０．７０～３．８０ｍ，层底埋深７．８０～９．７０ｍ，层底标高５２．３６ ５４．２９ｍ。地基 土承载力特征值１５０ｋＰａ。 层⑤粉质粘土：灰褐～黄褐色，可塑，粘粒为主，见锈染，少量 小结核，有腥臭味，韧性一般，局部夹粉土，具中压缩性。厚度 除液化沉陷。经综合分析，拟对全站主要建构筑物采用地基处理 方案消除地基液化沉陷。 １．８０～６．００ｍ，层底深度１０．ｏ９～１３．８０ｍ，层底标高４８．２９～５１．１４ｍ地 基土承载力特征值１４５ｋＰａ。 层⑤。粉土：褐黄色，湿，中密，粉粒为主，见锈染，韧性一般， 具中压缩性。厚度０．９ｍ，层底埋深１１．８ｍ，层底标高５０．２４ｍ。该层 ５地基处理方案 根据本工程岩土工程特点及建构筑物设计要求，进行地基处 理的目的主要在于消除液化沉陷。经分析讨论，决定选取挤密砂 连续性较差。地基土承载力特征值１６０ｋＰａ。 ・２５９・ 水利・电力 建材发展导向２０１５年４月 表５ 挤密砂石桩 钢筋混凝土管桩 钻孔灌注桩 复合地基处理方案 桩基础方案 桩基础方案 机械成孔，填料挤密，铺褥 桩工厂预制，现场 在设计桩位钻孔，放 施工工艺 垫层。可以控制桩端进入 打入或压入。 钢筋笼，然后在孔内 无法控制桩端进 浇灌混凝土。 持力层深度 入持力层深度 可以控制桩端进入 持力层深度 石桩复合地基处理、钢筋混凝土管桩桩基础和钻孔灌注桩桩基 础三种地基处理方案进行技术和经济综合分析与比较。 ５．１挤密砂石桩复合地基处理方案 挤密砂石桩按液化的深度确定桩长８．１ｍ，桩间距１．５ｍ， ￣ｂ５００ｍｍ挤密砂石桩复合地基承载力特征值１３０ｋＰａ，经济指标 见表２。 表２￣ｂ５００ｍｍ挤密砂石桩复合地基经济指标表 方案 分项 单项 单桩体积（ｍ３） 总桩数（根） 桩 ￣ｂ５００ｍｍ挤密砂 石桩复合地基 桩总体积（ｍ３） 单价（元／ｍ３） 褥垫层体积（ｍ３） 单价（元 ） 数量 １．５９ ２８９６ ４６０４．６４ １９Ｏ．９２ ７９８ ９７．１ 造价 ８７．９１１８（万元） 桩和桩间土共同作用形成 复合地基，消除液化沉陷， 桩端伸入液化土 桩端伸入液化土层 桩和基础之间设褥垫层， 层以下稳定土层， 以下稳定土层，建构 处理机理 处理范围在基础外缘扩大 建构筑物竖向荷 筑物竖向荷载由桩 宽度不应小于基底下可液 载由桩周阻力和 周阻力和桩端阻力 化土层厚度的１／２，且不应 桩端阻力承受 承受 小于５ｍ 适用于处理松散砂土、粉 适用于没有孤石 土层适应性 土、粉质粘土、素填土、杂 和硬夹层的较均 不受土层的 填土等，以及用于处理可 匀地质 液化地基 振动噪声 小 锤击法噪声大，静 小 压法噪声小 施工周期 泥浆排放（ｍ３） 征地面积（ｈｍ２） 较长 ０ ０．６８９５２ 短 ０ ０．５７７２ １ ｌ７９０７２ ．７．７４８６（万元） 试桩及检测 总造价 注：以上贾片ｊ比较均授定歌直接贾计划。 １５（力ｙ６） １ １０．６６０４（万元） 较长 １０２９ ０．５７７２ １ １０．０２８３ 按照《建筑地基处理技术规范》（ＪＧＪ７９—２０１２）第７．２．２条，砂 石桩处理范围“在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土 造价（万元） １１０．６６０４（未包含需要增 加征地的费用） 层厚度的１／２，且不应小于５ｍ”，征地红线为围墙外ｌｍ时不能满 ６结论 足规范要求。挤密砂石桩复合地基处理方案需要增加征地面积 ０．２２８５ｈｍ 。 根据本工程岩土工程特点，挤密砂石桩复合地基处理、钢筋 混凝土管桩桩基础和钻孔灌注桩桩基础三种地基处理方案，均 能满足站内建、构筑物设计要求。挤密砂石桩复合地基处理方案 ５．２钢筋混凝土管桩桩基础方案 钢筋混凝土管桩桩端进入层⑥土深度约１．０９～２．０９ｍ，采用 征地红线为围墙外ｌｍ时，不能满足《建筑地基处理技术规范》ＪＧＪ７９—２０１２）第７．２．２条砂石桩处理范围“在基础外缘扩大宽度 ＰＨＣ５００ＡＢ１２５—１５（见图集《预应力混凝土管桩》１０Ｇ４０９），桩顶嵌 （／２，且不应小于５ｍ”的要 入承台５０ｍｍ，桩尖长度５００ｍｍ，１４ｍ长单桩承载力特征值 不应小于基底下可液化土层厚度的１４８４ｋＮ，ｌ１ｍ长单桩承载力特征值，３８０ｋＮ，经济指标见表３。 表３￣５００ｍｍ钢筋混凝土管桩经济指标表 方案 分项 单项 单桩体积（桩 ６５００ｍｍ钢筋混 凝土管桩 试桩及检测 总造价 注：以上费用比较均按定额直接费计列 求，须增加征地面积。钢筋混凝土管桩桩基础方案造价最高，挤 密砂石桩复合地基处理方案（未包含需要增加征地的费用）次 之，钻孔灌注桩桩基础方案造价最低。 通过对以上三种地基处理方案的技术经济综合分析与比较， 数量 ２．１４３（１４ｍ长） １６８４（１ｌｍ长） ．造价 ｍ 总桩数（根） 桩总体积（ｍ３） 单价（元／ｍ３） ３１３（１４ｍ长） ９（１ｌｍ长） １０２９０７２（万元） ．钻孔灌注桩桩基础方案更经济合理。因此，本工程推荐采用钻孔 灌注桩桩基础方案。 ６８５．９２ １５ｏ０．２８ １５（万元） １７．９０７２（万元） 参考文献 【１］《建筑地基处理技术规范》 ［２】（健筑抗震设计规范》． ５－３钻孔灌注桩桩基础方案 钻孑Ｌ灌注桩桩端进入层⑥土深度约１．０９ ２．０９ｍ，桩径 ￣ｂ５００ｍｍ，１４ｍ长单桩承载力特征值３８９ｋＮ，ｌ ｌｍ长单桩承载力特 征值，３０５ｋＮ，经济指标见表４。 表４ ６５００ｍｍ钻孔灌注桩经济指标表 方案 分项 单项 单桩体积（ｍ３） ２．收稿日期：２０１５—３—２２ 数量 ２．７５（１４ｍ长） １６（１ｌｍ长） ３１７（１４ｍ长） 造价 桩 出５ｏ０钻孔灌注 桩 总桩数（根） 桩总体积（ｍ３） 单价（元／ｍ３） ９（１１ｍ长） ８００８４１（万元） ．８９１．２ ８９８．６１ 试桩及检测 泥浆外运 泥浆体积（ｍ３） １５（力７１５） 单价（元／１０２９ １４５．２３ ｍ３） １４．９４４２（万元） 总造价 注：以上费用比较均按定额直接费计列。 ｌｏｏ．０２８３（力；７１５） ５．４地基处理方案比较（见表５） ・２６０・
