膨胀土地区重型设备基础沉降处理措施

现代物业・新建设 2012年第11卷第9期

0 引言

膨胀土又名黑棉花土，在国内外都有普遍的分布，是以高分散颗粒及黏土矿物为主要成分，对环境的湿热变化敏感的高塑性黏土。它是一种吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特殊土，工程界常称之为灾害性土。

据不完全统计，在二十世纪八十年代以前，全世界每年因膨胀土造成的损失至少在50亿美元以上，中国每年因膨胀土造成的各类工程建筑物破坏的损失也在数亿元以上。膨胀土对工程建设的危害往往具多发性、反复性和长期潜在性。

基于上述原因，国外对膨胀土灾害防治越来越重视，本文针对苏丹重型设备基础常见的膨胀土灾害，分析了发生机理，提出了针对性强、经济适用、安全可靠的防治措施。

1 工程气候状况及地质条件

本项目R变电站位于苏丹中南部，属热带气候。喀土穆地区属于半沙漠性气候，夏季炎热而干燥，气温长年在32℃～39℃，最高气温一般出现在五、六月份，最高可达48℃；最低气温6℃，出现在十二月份。冬季气温变化大，白天可达32℃，夜间可降至13℃。该地区的降水量可达167mm/年，主要分布在七～九月份。该地区经常出现较大的沙尘暴。来自西北撒哈拉沙漠的干风使当地的湿度很低。当地的大气影响深度为2.5m～3.0m，大气急剧影响深度约1.0m～1.5m。本地区起风时常伴有沙暴, 雨天则雷电交加。勘察场区位于白尼罗河东岸，属尼罗河冲积平原,地貌单一，地形平坦。

本次钻探所揭示的最大深度为21.0m，在此深度范围内地基土可被分为五大层，自上而下分述如下：第①层粘土：褐色或黑灰色，该层在场区内均有分布，含少量石英砂颗粒，粒径主要1mm左右，含量约5%～10%，另含少量灰白色钙质结核，韧性中等、干强度高，岩性不均匀，局部裂隙较发育，呈硬塑～坚硬状态，属低压缩性土。该层层厚1.80m～3.10m，层底标高96.9m～98.2m。该层吸水后可产生较大的膨胀作用，自由膨胀率80%～140%，从而使建筑物因地基土膨胀而破坏，进行基础设计时应注意这一不良地质作用。该层进行标准贯入试验7段次，标准贯入试验击数（修正后）12～61击，平均38.9击。综合确定该层土承载力特征值fak=200kPa。

第②层粉细砂：浅褐色，该层层位较连续，J5号孔中缺失，矿物成分以石英、长石为主，可见少量黑云母碎屑，粉粒含量较多，夹粉土薄层，呈干燥、中密、密实状态，属低压缩性土。该层层厚0.70m～1.80m，层底标高96.20m～97.00m。该层进行标准贯入试验8段次，标准贯入击数（修正后）25.4～74.1击，平均值为44.5击。综合确定该层承载力特征值fak=260kPa。

第③层砂质粘土：灰白色、灰绿色或褐色，岩性很不均匀，含较多中粗石英砂颗粒及较多灰白色钙质结核、高岭石等，结核粒径一般小于2cm，高岭石含量约20%～40%

膨胀土地区重型设备基础沉降处理措施

刘连保

（上海电气输配电工程成套有限公司，上海 201101）

摘 要：北苏丹是世界上膨胀土分布较为广泛的国家之一，膨胀土覆盖面积大约占苏丹国土面积的三分之一左右。如果对膨胀土潜在危害性没有预防措施，会对建（构）筑物结构产生严重破坏。在苏丹受膨胀土破坏的工程非常普遍，修复此类工程往往会有高昂的费用。通过具体的工程实例，分析重型设备沉降原因，并提出了具体的处理措施。

关键词：膨胀土；重型设备；强度降低；基础沉降；处理措施

中图分类号：TU443 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）09-0042-03

工程施工 Engineering Construction

[作者简介] 刘连保（1979- ），男，汉族，江西吉水人，工程师，

大学本科，上海电气输配电工程成套有限公司现场经理，研究方向：

海外工程项目管理。

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左右，韧性中等、干强度高，手感粗糙；局部夹粉土薄层，呈坚硬状态，低压缩性土。该层层厚1.00m～2.50m，层底标高93.90m～95.20m。该层进行标准贯入试验5段次，贯入击数28.2～68.3击（修正后），平均43.2击。综合确定该层地基承载力特征值fak=300kPa。

第④层粘土：褐色，岩性较均匀，含少量灰白色钙质结核，干强度高，韧性中等，油脂样光泽，呈坚硬状态。低压缩性土。该层层厚0.90m～2.20m，层底标高92.20m～93.80m.该层进行标准贯入试验4段次，贯入击数37.3～64.1击（经修正后），平均46.4击。综合确定该层地基承载力特征值fak=300kPa。

第⑤-1层粉土：褐色，岩性较均匀，可见少量黑云母碎屑，含少量灰白色钙质结核，呈稍湿、湿～饱和，中密～密实状态。属低压缩性土。该层仅在J4号孔中被揭露，层厚4.30m，层底标高84.20m。该层进行标准贯入试验1段次，贯入击数48.5击（修正后）。综合确定该层土地基承载力特征值fak=300kPa。

第⑤层中细砂：黄褐色或浅褐色，岩性不均匀，力学性质不均匀，中间11m～13m的深度范围内有厚度不等的约1.0m～2.0m的钙质胶结中细砂层；局部夹粉土薄层，级配较差，上半部呈干燥、密实状态；约13.5m以下呈湿～饱和，中密～密实状态。低压缩性土。该层进行标准贯入试验17段次，贯入击数19.9～48.2击（修正后），平均32.6击。综合确定该层地基承载力特征值fak=320kPa。

2 工程灾害特征描述

项目于2009年6月份竣工，经历两轮雨季循环，2010年12月在业主颁发履约证书前进行最后一次沉降观测，发现R变电站重型设备变压器及承受动荷载隔离开关的设备基础不均匀沉降最高达到12cm左右，平均在8cm左右。由于变压器轨道梁整体沉降达12cm左右，造成了与变压器相连的铝绞线出现很大的拉应力，与轨道梁相连的油池壁出现“八”字裂缝，贯穿池壁，宽度2cm左右；连接油池和

轨道梁的橡胶止水带20多米长全部被拉断。所有基础均为钻孔灌注桩基础，变压器基础图如图1所示。

3 可能原因分析

3.1 设计方面

设计院根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008进行验算，桩基承载力完全满足要求。

3.2 施工方面

根据地勘报告，该站所建地区为膨胀土区，膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的变形特性，给工程带来较大的质量隐患。本站变压器设备基础均采用桩基，220KV主变基础为9根直径500mm、桩长为5m的砼灌注桩。桩身位于膨胀土内，但上部地面在有影响的范围内并没有进行防水处理，使得地表水渗入土壤内，造成该范围内土壤湿度变化大，膨胀土在遇水和失水后发生胀缩变化，从而造成桩身与其相裹的土壤之间形成较大缝隙，地表水沿此缝隙渗入桩底，造成桩端持力层土壤受到扰动，使得变压器基础整体下降。根据相关研究结果：

（1）在干湿交替循环的膨胀土地区，随着干湿循环的次数增加，会导致桩土之间界面裂隙持续扩大，从而导致单桩极限承载力急剧降低。

（2）干湿交替循环地区，设计时膨胀土强度指标应采用5次以上干湿交替循环以后的膨胀土残余强度指标，膨胀土强度指标在5次干湿循环后会降低43.46%以上。

4 处理措施

根据上述原因，为防止雨季期间干湿交替环境下地表水的再次渗入对持力层土壤的影响，对变压器基础采取隔水措施，同时也确保膨胀土含水量的稳定，尽量减少膨胀土含水量受外界大气的影响，避免膨胀土因含水量变化而引起的胀缩变形。从而达到防止变压器基础进一步沉降的目的，与设计院、地质勘测单位及施工单位共同制订了以下措施：

刘连保：膨胀土地区重型设备基础沉降处理措施

图1 变压器基础图