勁性體復(fù)合地基在變電站工程中的應(yīng)用

敖斌張李黎夏凱

（1.安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司安徽合肥2300222.中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院安徽合肥230022）

勁性體復(fù)合地基在變電站工程中的應(yīng)用

敖斌1張李黎2夏凱1

（1.安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司安徽合肥2300222.中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院安徽合肥230022）

本文以六安孫崗110kV變電站工程為例，通過比較勁性體（PST樁）復(fù)合地基和常規(guī)（CFG樁）復(fù)合地基之間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，最終確定勁性體（PST樁）復(fù)合地基這一新型地基處理方案綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)，作為本站的地基處理方案。

勁性體復(fù)合地基；常規(guī)復(fù)合地基；PST樁；CFG樁；新型；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能

勁性體復(fù)合地基是剛性樁復(fù)合地基中的一種，由剛度較大的預(yù)制混凝土勁性體和樁間土組成且共同承擔(dān)上部荷載的一種新型復(fù)合地基。該新型復(fù)合地基工作原理為：在上部荷載作用下，大部分荷載由勁性體承受。由于勁性體本身屬于擠土樁，樁周摩阻力能夠得到充分發(fā)揮，端阻力又隨著時(shí)間增加和樁周摩阻力的發(fā)揮而逐漸提高。同時(shí)樁頂褥墊層發(fā)揮調(diào)節(jié)作用樁間土和樁身逐漸進(jìn)入共同工作狀態(tài)，逐漸形成復(fù)合地基。勁性體復(fù)合地基具有承載力高、沉降變形小、地基承載力調(diào)整幅度大、施工周期短以及環(huán)境污染小等一系列優(yōu)點(diǎn)，適用于處理粉土、沙土、粘土等地基，適用范圍較廣。

1 六安孫崗110kV變電站工程概況

本文以六安孫崗110kV變電站工程為模板，進(jìn)行復(fù)合地基的設(shè)計(jì)研究。變電站為戶外變電站，站內(nèi)主要建筑物為兩棟單層配電裝置室；變電站內(nèi)構(gòu)筑物主要有：主變壓器基礎(chǔ)、電容器基礎(chǔ)、二次設(shè)備艙基礎(chǔ)、構(gòu)架基礎(chǔ)和圍墻基礎(chǔ)等。站址區(qū)域地基土分布及相關(guān)從參數(shù)如表1～2。

表1 各土層名稱及特性列表

表2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)基礎(chǔ)埋深和上部建筑荷載重量，選取第②層粉質(zhì)粘土做樁端持力層，初步估算建筑物基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值Pk≥140kPa，設(shè)備基礎(chǔ)基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值Pk≥120kPa。

2 地基處理方案選擇及設(shè)計(jì)

本次重點(diǎn)對勁性體（PST樁）復(fù)合地基、水泥土攪拌樁（CFG樁）復(fù)合地基這兩種適合本工程的地基處理方案進(jìn)行比較，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能分析來判別兩種方案方案的優(yōu)劣。

2.1 勁性體（PST樁）復(fù)合地基

2.1.1 構(gòu)造要求

本工程勁性體復(fù)合地基采用靜壓成樁，選擇②層粉質(zhì)粘土作為樁端持力層，樁長9m。樁徑取300mm，勁性體屬于擠土樁，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），非飽和土、飽和非黏性土上的擠土樁最小中心距應(yīng)取3.5d或4.0d。本工程樁間距取為1.0m，樁位排列采用正三角形布置。

根據(jù)規(guī)范要求，樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，褥墊層厚度宜為0.4～0.6倍樁徑，褥墊層材料采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。本方案考慮采用級配砂石褥墊層，厚度取為300mm。

2.1.2 單樁豎向承載力特征值計(jì)算

單樁豎向承載力特征值Quk按下式估算：

式中：αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1.0。經(jīng)計(jì)算：

Quk=1802.9+222.66=404.75kN

單樁豎向極限承載力特征值Ra=Quk/K=Quk/2=202.37kN≈200kN

2.1.3 復(fù)合地基承載力計(jì)算

勁性體復(fù)合地基承載力特征值，一般應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，本方案按下式進(jìn)行估算：

式中：λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；m為面積置換率，正方形布樁，m=d2/de2=0.0816；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ap為樁截面積，β為0.0707m2；為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.9；fsk為處理后樁間土承載力特征值，粉土可取天然地基承載力特征值60kPa。

fspk=1.0×0.0816×202.37/0.0707+0.9×（1-0.0816）×60=250kPa

承載力可滿足上部結(jié)構(gòu)要求（見圖1）。

2.2 水泥土攪拌樁（CFG樁）復(fù)合地基

2.2.1 構(gòu)造要求

根據(jù)規(guī)范要求，固化劑選用強(qiáng)度等級32.5級以上的礦渣硅酸鹽水泥，水泥摻量宜為12～20%；樁徑取600mm，采用300mm厚級配砂石褥墊層（最大粒徑不大于20mm），樁排列采取正三角形布樁型式，樁間距1.8m。

圖1 PST樁樁位平面布置圖

2.2.2 單樁豎向承載力特征值計(jì)算

單樁豎向承載力特征值Quk按下式估算：

式中：αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1.0。經(jīng)計(jì)算：

Quk=356.26+152.68=508.94kN

單樁豎向極限承載力特征值Ra=Quk/K=Quk/2=254.47kN≈250kN

2.2.3 復(fù)合地基承載力計(jì)算

勁性體復(fù)合地基承載力特征值，一般應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，本方案按下式進(jìn)行估算：

式中：λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8；m為面積置換率，正方形布樁，m=d2/de2=0.2819；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ap為樁截面積，β為0.2816m2；β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.85；fsk為處理后樁間土承載力特征值，粉土可取天然地基承載力特征值60kPa。

fspk=0.8×0.2819×250/0.2816+0.85×（1-0.2819）×60=236kPa

承載力可滿足上部結(jié)構(gòu)要求。

結(jié)合以上分析，通過選擇合理的樁型和采取必要的構(gòu)造措施，復(fù)合地基兩種方案時(shí)均能滿足地基承載力要求，同時(shí)勁性體（PST樁）復(fù)合地基在樁徑較小、間距較密的情況下，可以提供較高的地基承載力。

3 不同方案經(jīng)濟(jì)性比較

下面結(jié)合工程實(shí)際，通過產(chǎn)生的總費(fèi)用、工程建設(shè)周期等參數(shù)來分析不同地基處理方案的經(jīng)濟(jì)性能（見表3～4）。

表3 勁性體復(fù)合地基與水泥土攪拌樁復(fù)合地基經(jīng)濟(jì)對比分析

通過以上表格的對比不難發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)目設(shè)計(jì)勁性體（PST樁）復(fù)合地基比水泥土攪拌樁（CFG樁）復(fù)合地基節(jié)省造價(jià)2656500元–2133000元=523500元，即節(jié)約了總造價(jià)的24%，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異；同時(shí)勁性體（PST樁）復(fù)合地基施工總工期可比水泥土攪拌樁（CFG樁）復(fù)合地基有效縮短8～21d，相應(yīng)的工程貸款利息和管理費(fèi)用大為節(jié)省。

表4 勁性體復(fù)合地基與水泥土攪拌樁復(fù)合地基工期對比分析

4 小結(jié)

綜上所述，勁性體（PST樁）復(fù)合地基作為一種新型的地基處理方式，不僅具有地基承載力調(diào)整幅度大、沉降變形小、施工周期短以及環(huán)境污染小等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且同傳統(tǒng)的地基礎(chǔ)處理方案可大幅降低工程造價(jià)，縮短工程建設(shè)周期，是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能較為優(yōu)秀的一種地基處理方案。在基礎(chǔ)持力層范圍內(nèi)主要為粉土、沙土、粘土等土質(zhì)的工程場地，可作為一種優(yōu)選的地基處理方案采用。

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）.

[2]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）.

[3]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）.

[4]胡再強(qiáng)，王軍星，劉蘭蘭，焦黎杰.褥墊層作用下復(fù)合地基抗震性能有限元分析[J].巖土力學(xué)，2008（S1）.

[5]高會強(qiáng).水泥攪拌樁復(fù)合地基褥墊層作用的三維有限元分析[J].廣東土木與建筑，2007（10）.

[6]鮑鵬，姜忻良，盛桂琳.勁性攪拌樁復(fù)合地基承載性能靜動力分析[J].巖土力學(xué)，2007（01）.

[7]曹明.剛性樁復(fù)合地基工程性狀的數(shù)值分析[J].工業(yè)建筑，2006（S1）.

[8]鄭剛，劉雙菊，伍止超.不同厚度褥墊層剛性樁復(fù)合地基工作特性研究[J].巖土力學(xué)，2006（08）.

[9]范福平，王衛(wèi)英，劉延春，尹彥偉，潘永戰(zhàn).上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基相互作用問題分析[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（02）.

[8]）林文強(qiáng)，夏旭陽，陳延猛.剛?cè)針稄?fù)合地基加固軟基樁土應(yīng)力對比試驗(yàn)研究[J].水運(yùn)工程，2005（07）.

[9]周龍翔，童華煒，王夢恕，張頂立.復(fù)合地基褥墊層的作用及其最小厚度的確定[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2005（07）.

TM63

A

1004-7344（2016）28-0061-02

2016-9-24

敖斌（1984-），男，江西新余人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)樽冸娬就两ㄔO(shè)計(jì)等。

張李黎（1985-），女，安徽淮南人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)檩斪冸姽こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

夏凱（1985-），男，湖北浠水人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)樽冸娬就两ㄔu審等。