膨胀土地区输变电工程地基处理浅析

膨胀土地区输变电工程地基处理浅析

刘宇平张秉来余焘刘备祁兆鑫

（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.