水泥土桩在山区地基处理中的应用研究

水泥土桩在山区地基处理中的应用研究

夏岩 

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001）

摘要：当变电所位于山区，在同一建构筑物下，地基情况可能同时出现基岩、回填土、湿陷性黄土等多种情况，给地基处理带来一定难度。本文采用水泥土桩的方式安全经济地解决了复杂地基问题，避免了不均匀沉降现象的发生。

关键词：灰土挤密桩；水泥土挤密桩；湿陷性黄土

中图分类号：U213.1;U443.1   文献标识码：A   文章编号：1671-0711（2019）10（下）-0214-03

变电站的地基处理是保证变电站安全运行的首要条件。当变电站位于湿陷性黄土场地时，应当根据站内建构筑的重要性等级采取不同的地基处理措施。当站址位于山区，场地高差大，此时，地基处理方案不仅需要原有地基土的不良地质现象，还应兼顾由于场地高填方而引起的地基不良现象。在地基处理方案的确定过程中，需要重点解决技术与经济的平衡问题，做到安全实用、技术先进、经济合理。本文论述了水泥土桩在山区回填土及湿陷性黄土地基地区的应用。1 工程概况

某变电站处于湿陷性黄土地区，位于一黄土梁顶部，地貌单元属中低山区的黄土丘陵区，受长期的风化剥蚀，地势调度员，并将车辆的状态、故障和报警信息自动上传到控制中心，保证短时间内进行维修以及养护，从而提高了车辆运行的安全性能。

其次，是信号系统不断完善，全自动运行线路的核心设备之一就是信号系统，全自动系统的应用可以使列车在车辆基地和正线自动化运行，使行车组织的过程中更为简便，性能更加安全可靠。轨道交通行业在发展的过程中，首先要考虑的因素就是车辆的安全性，因此，信号系统的合理、有效地应用非常关键。

再次，是监控系统的综合自动化。综合监控系统是以行车为核心，实现以行车调度员为核心控制策略，加强控制中心远程监控功能，实时监控列车运行、设备运行、乘客及相关系统，从而提供更加安全、可靠的服务。综合监测系统主要的应用原理是集成化监控，对行车、电力以及机电等进行统一化的监控。

最后，是通信系统的合理应用提高了管理的效率，车辆在运行的过程中，乘客可以通过采用通信系统的方式及时与乘客进行语音和视频的沟通，了解车内信息，便于调度人员及时做出应对措施，合理地决策指挥。4 正常情况下的行车组织

在全自动运行模式下，原来由司机操作的部分全部由系统自动完成，如列车唤醒、列车休眠、列车在基地停车库和正线之间的运行、列车在正线的运行、列车在终点站折返、列车在正线的开关门、列车的报站设置、空调和照明的运行、列车在库内清洗等都是在系统的自动化控制下完成。控制中心行车调度员除了正常的监控外，仅需要加载当日时刻表、

起伏，冲沟较发育，地形破碎。现场经人工改造后，四周呈阶梯状下降的农田，地面标高为855.0～875.0m。

根据根据地质专业勘测结果，在勘测深度内，场地的岩土层可划分为四个大层，即：

①层全新统黄土状粉土，褐黄色，中密，稍湿～湿，发育孔隙，含钙质结核及碎石等，具II级非自重湿陷性。厚度0.5m～1.5m。高压缩性，地基承载力110kPa。

②层上更新统黄土，以粉土为主，灰黄色，中密，稍湿，具有孔隙，含钙质结核，下部夹钙质结核层，结核直径达5～10cm，具II级非自重湿陷性。厚度不等，一般0.5～7.5m。中等压缩性，地基承载力150kPa。并按照当日的派班计划派班即可。5 非正常情况下的行车组织及应急处置

非正常情况下的行车组织也十分重要，全自动运行系统在运行的过程中较为常见的设备故障类型主要有两种，一种是现场处理型故障，另一种是远程处理型故障。两种故障类型的种类不同，因此，处理的方法也有一定的差异。首先就现场处理型故障进行分析，这类故障的解决需要现场的人员进行处理，远程故障则不同，调度人员可以通过远程控制的方法对故障进行解决。当全自动运行系统出现故障时，相关的维修人员首先要做的就是对故障的类型进行分析，进而选择合适的方法解决出现的故障，提高修复的效率。6 结语

全自动运行系统在我国范围应用处于起步阶段，需要不断实践研究，总结经验，改进系统设计、提高管理水平，在保证正常运营的同时，应特别注重故障及紧急情况下的运营保障，采取有效的应对策略，确保全自动运营线路的安全运营。

参考文献:

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[2]王伟.面向互联互通的全自动运行系统[J].铁路技术创新, 2016(4):56-60.

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[4]费安萍.城市轨道交通行车组织[J].北京：人民交通出版社，2011.

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中国设备工程 2019.10 (下)

③层中更新统黄土，由粉质黏土夹粉土组成，黄褐色为主，下部为紫红色，硬塑～坚硬，稍湿，含钙质结核，局部见虫孔和白色钙质菌丝，发育垂直节理，颗粒状、碎块状结构，结构面多见褐色铁锰质薄膜，本层分布于整个场地，厚度2～15m。低压缩性，地基承载力200kPa。

④层石炭系本溪组底部铝土岩夹风化褐铁矿或奥陶系峰峰组泥灰岩、石灰岩等。微风化～中等风化，厚度大于20m。地基承载力1800kPa。

场地地下水水位埋深大于20m，可不考虑地下水对建筑物基础的影响；本地区季节性土壤冻结深度0.68m。2 设计方案论证

现就站址场地内地质情况最复杂、同时由于工艺设备的要求，对基础沉降最敏感的220kV配电装置区的地基处理方案进行研究。220kV配电区北侧，最大填方深度1.5m，最大挖方深度2m。220kV配电区中部，挖方深度约2m。220kV配电区南侧，最大填方深度9m，并且在填方区地表存在厚度约2m的①号土层。本站的220kV配电装置采用GIS设备，总长140m，也就是说GIS基础将中间局部直接坐于基岩顶层，北侧位于1.5m厚填方区，南侧位于9m厚填方区。根据电气要求，CIS基础预埋件顶标高最高和最低相差不超过3mm，整体高差不大于5mm，否则会引起母线套管内SF6气体泄漏，导致设备事故。

由于本场地填土加湿陷土层厚度最深达11m，而且变化较大，强夯法及换土垫层法处理深度有限，不适用于本场地。根据规范,本站地质情况较适合采用挤密桩类地基处理方法。

常见挤密桩桩体材料有素土、灰土、水泥土之分。素土桩成桩后承载力较小、压缩变形较大，常和CFG桩结合使用，由于工期长、费用大，本工程不予采用。石灰属于气凝性胶结材料，有其独有的特性,和土拌和后可以在空气中反应，也可以和水反应。拌和物前期强度较低，后期强度逐渐上升，形成强度需要较长时间。水泥属于水凝性胶结材料,遇到水后反应迅速, 前期强度快速增长, 后期强度增长较慢。水泥土与石灰土相比，强度更高、压缩性更小、反应时间更短。经理论计算，能满足本站220kV基础下一是11m厚回填土加湿陷性黄土，另一半直接是风化基岩，且对不均匀沉降有相当苛刻的要求。因此，本站选用1:4水泥土作为挤密桩填充料，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。

现就水泥土桩的两种成桩工艺：挤密桩法、孔内深层强夯法(DDC)两种方法进行对比论证。2.1 挤密桩法

水泥土挤密桩法一般适用处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，处理深度5～15m。处理后持力层范围内土变形减少，承载力可提高1～2.5倍，并可消除填土及湿陷性黄土的湿陷性，符合本工程需求。

水泥土挤密桩施工前应在现场进行成孔、最优含水量、夯填工艺和挤密效果试验，以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。打桩采用履带式柴油打桩机配备专用夹杆式夯实机。成孔采用冲击沉管法，当桩长小于12m时，直径选用450mm，平面布置按等边三角形排列，桩距1000mm；当桩长大于12m时，直径选用600mm，平面布置按等边三角形排列，桩距1100mm。成孔挤密宜由外向里、间隔分批进行，同排内应间隔1～2孔，以免因振动挤压造成相

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邻孔缩孔或塌孔，成孔后清底夯实、夯平，并立即夯填水泥土。桩孔应分层夯实，每层回填厚度350～400mm。人工夯实用重25kg带长柄的混凝土锤，机械夯实可采用简易夯实机，一般落锤高不小于2m，每层夯击不少于10锤。桩顶标高高出设计标高200mm，做褥垫层时将高出部分铲除。在雨季、冬季施工时，应采取防雨、防冻措施，防止填料受雨淋湿或冻结。

具体到本工程，经初步测算可采用成孔直径450mm，桩间距1.0m，三角形布置。预估220kV配电区需打桩2510根，平均桩长6m，桩体积共2394m3。

处理后的地基宜通过现场试验，取得复合地基的压缩系数、压缩模量、湿陷系数、承载力标准值等物理力学指标。孔内填料的质量通过压实系数控制，压实系数不得小于0.95。检查数量不少于桩数的2％，同时每台班至少应抽查1根。在全部孔深内宜每米取土样测定其干密度，检测点的位置应距孔中心2/3孔的半径处。孔内填料的夯实质量也可通过现场试验测定。2.2 孔内深层强夯法(DDC) 

孔内深层强夯法(DDC)复合地基是以洛阳铲掏土成孔，填以水泥土或灰土夯击，通过重锤高动能、超高压、强挤密，对桩孔填料进行固结，对桩间土进行强扩充挤密，从而达到对桩体和桩间土动力固结处理地基的目的，形成复合地基。处理后的地基承载力高，变形模量大，压缩变形小，地基刚度均匀，能消除地基湿陷性。本工程主要以提高回填土质量、减少由于高填方引起的下部天然土层压缩沉降为主要目的，同时，消除湿陷性黄土的湿陷性。DDC水泥土桩贯穿于回填土与湿陷性黄土中，通过重约2t的尖锤，落距不小于10m，夯击数不小于8击，夯实桩体、挤密桩间土，既能消除湿陷性也能提高回填土质量。

经测算，本工程可采用成孔直径400mm，夯后扩径650mm左右，桩间距1.2m, 三角形布置，的孔内深层强夯(DDC)水泥土桩。预估220kV配电区需打桩1746根，平均桩长6m，桩体积共3474m3。

成桩后14～28d应对桩、桩间土和复合地基进行抽样检测。对桩、复合地基承载力、压缩模量、变形模量、消除湿陷性等作出综合评价。静载荷试验检测数量应为总桩数的0.5%～1%，且单体工程不小于3个。动力触探等原位测试，检测数量应为总桩数的0.5%～1%，且单体工程不小于6个。土的物理力学性质试验取样应为总桩数的0.3%～1%，每个试验层不少于6组。3 方案选择

水泥土挤密桩法、孔内深层强夯法(DDC)两种方法都是处理湿陷性黄土、素填土的常用方法。两种方法都具有施工工艺及机械简单，施工过程质量易控制的特点。两者相比，由于孔内深层强夯法采用了，具有高动能、超高压、强挤密的特点，处理后的地基承载力更高，压缩性更小，同时具有经济优势。因此，本工程选用孔内深层强夯法进行处理。4 检测结果

根据实验室试验结果，水泥选择P.O42.5普通硅酸盐水泥,水泥:土按1:4配比混合。水泥土试样最大干密度ρdmax平均为1.67g/cm3，最优含水量WOP平均为21.1%，无侧线抗压强度大于6MPa。

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Research and Exploration 研究与探索·探讨与创新

楼式预拌干混砂浆生产线的设计与应用研究

王建军，郑世奇，李焕

（郑州三和水工机械有限公司，河南 郑州 450000）

摘要：楼式预拌干混砂浆生产线在实际应用过程中存在多方面的优势，各个功能性部件均从下到上依次设计，空间立体感强，既能节约占地面积、降低能耗，又能提高生产效率，减少维修成本，环保效果优异，主机数量布置方便，投资成本低，智能化程度高，外形及封装后的效果壮观，工厂化设计，整体形象好。

关键词：楼式；预拌干混砂浆；生产线；设计

中图分类号：TU528   文献标识码：A   文章编号：1671-0711（2019）10（下）-0216-02

近年来，为加强大气环境污染，改善现场施工环境，提高工程施工效率，保证施工质量，在各级和主管部门的正确领导和大力支持下，并结合本地实际、采取措施、加大环保力度，各省市陆续出台禁止砂浆现场搅拌的强制措施，致使干混砂浆的社会认知度快速提升，吸引了大量社会资金投入，使干混砂浆产业从无到有、从小到大的快速发展，结合推动、企业快行、创新并进、跨越式的发展格局，呈现出起点高、规模大、总量多的发展特点。因工地现场搅拌制作砂浆采用开放式生产模式，所用骨料粒径和级配不易控制，配比难以保证等造成砂浆质量缺陷严重，存在工程质量安全隐患，且现场搅拌制作砂浆所产生的扬尘造成严重的环境污染，且人力成本高、效率低。而干混砂浆生产线采用全自动化微机控制，骨料的粒径和级配易于控制，配料采用传感器自动计量，配料精度高。采用自动化搅拌，砂浆均匀度、和易性、质量、性能高，砂浆类型多，可大批量生产，人力成本低，效率高等特点，给干混砂浆设备制造厂家带来了前所未有的机遇，因各厂家设计理念和布置形式有所不同，所设计的产品种类众多，产品质量良莠不齐，环保效果不尽人如意，而目前规模较大的且大部分设备厂家生产的设备只能生产普通砂浆，如要生产特种砂浆，则需将各物料的溜料管道、称量装置、搅拌装置、出料系统等反复冲刷才能生产，造成设备生产效率低、产品单一的局面。楼式预拌干混砂浆生产线在设计时着重从多方面因素考虑。1 能够有效的节约占地面积

随着工业现代化程度的不断发达，土地资源日趋紧张，桩间土样平均挤密系数大于0.93，满足规范要求。湿陷系数小于0.015，湿陷性消除。桩体芯样抗压强度介于5.0～10.4MPa之间，平均为6.76MPa，抗压强度值离散性较小，表明桩体夯填效果较均匀。

复合地基承载力设计为≧400kPa,经检测复合地基承载力满足设计要求。复合土层变形模量大于30MPa，满足设计要求。5 结语

水泥土桩是将水泥和土料事先充分拌匀，回填至桩孔内，

面临“一地难求”的尴尬局面，且土地投入成本高。为能够合理利用土地资源，避免设计不合理造成土地不必要的浪费，在设计方案前期就要考虑将土地利用率达到最大化，楼式干混砂浆生产线采用立体化、各功能性部件从下到上垂直设计，相比阶梯式干混砂浆生产线占地面积明显减小，能够在很大程度节约设备占地面积，且由于楼式干混砂浆生产线框架支撑点少，在设计、开挖、基础施工过程较简单，设计成本和施工成本明显降低，减少了设备资金投入。在同样配置的前提下，楼式干混砂浆生产线比阶梯式干混砂浆生产线占地面积减少约30%左右。2 能够有效的降低能耗

由于储料仓放置在配料称重设备的上部，在配料过程中可以直接利用物料自身的重力通过溜料管和阀门进行配料称重，无须使用电能输送设备来进行输送配料，既能节能降耗，同时也能减少噪音源，又能减少设备的维修点。在同样配置的前提下，楼式干混砂浆生产线比阶梯式干混砂浆生产线能耗减少约15%左右。3 生产效率高

由于物料放置在称量装置的顶部，配料称量是靠物料自重进行，可随用随配，无须二次提升物料，节约集料、配料以及卸料时间，有效提高设备的生产率。因储料仓设计时与设备产量要求相匹配，储存的物料能够连续使用8～10小时，中途可根据需要进行补料，如输送物料的设备损坏或需要维修，储料仓里的物料足够维持设备维修所需的时间，不会直接影响设备正常生产。在同样配置的前提下（考虑到阶梯式干混砂浆生产线维修时间、物料运输时间和设备空行程运行然后进行夯实，形成桩体。成桩后, 水泥和土体通过水解、水化反应生成可持续硬化的水化产物, 形成水泥土密实强度。水泥土桩的成桩可采用挤密桩专用夹杆式夯实机，也可采用孔内深层强夯工艺成桩，但两者由于夯击能不同，对原有地基的加固效果有所区别，孔内深层强夯法由于夯击能较大相对加固效果也较好。本工程采用孔内深层强夯工艺水泥土桩有效解决了山区回填土及湿陷性黄土地基的不均匀沉降问题，目前该项目已运行10余年，未发生不均匀沉降现象，达到了设计预想。

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