0 引言

某220 kV变电站位于我国北部，工程勘察期正值1—3月，环境气温低，而且地面有少量积雪。工程勘察时，由于缺乏项目周边具有实际参考价值的岩土资料，勘察工作存在地基土冻胀性难以确定等技术问题。本文根据工程实际状况，结合地区气象资料，通过实地钻探确定了各层地基土的性质，最终给出了场地基土冻胀性判别结论。

1 变电站概况

某220 kV变电站项目位于内蒙古兴安盟东北部，地处大兴安岭中段东缘的丘陵地带，变电站地形及平面布置情况见图 1。

根据区域岩土构造，区内出露的地层为侏罗系火山——喷发沉积岩系，包括满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组^[1-3]。根据可行性研究阶段资料，本场地地层主要为粉土、全风化-中风化凝灰岩，岩石埋藏较浅，覆盖层厚度0.4~1.8 m。

本工程位于寒冷地区，年平均气温3.24 ℃，冬季平均温度-15~-24 ℃，极端最低气温-38.9 ℃。可行性研究资料显示，场地标准冻结深度2.34 m，属季节性冻土。

2 地基土冻胀性评价

该工程位于寒冷地区，季节性冻土较厚。地基土冻胀性对基础埋深、地基处理方式、回填土要求影响较大，最终会体现在工程造价上^[4-5]，因此准确合理判定地基土冻胀性具有十分重要的意义。

2.1 冻胀性判别难点

（1）场地土层厚度变化大。场地平整后大部分区域出露全-中风化岩石；少部分区域在原地面回填，填土厚度1~3 m。

（2）根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》^[2]，项目所在位置标准冻深在2.2~2.4 m，但本场地土层厚度不足2.0 m，岩土层冻胀性存在不确定性。

（3）变电站周边无工程项目可供参考。

（4）涉及全风化岩石的冻胀性判别，工作较复杂。

2.2 冻胀性评价 2.2.1 场地自然环境

地区气象条件属于半干旱区，年蒸发量为降水量的4倍，秋季降水量约为64 mm，冬季降水量仅为4~5 mm。全年仅7—8月为土壤储水期，9月至次年6月为土壤失水期，春季土壤严重失水，属极干旱期。同时，该场地属于丘陵斜坡地貌，地面无自然蓄水地形，夏秋季节大多数降水沿地面流失，因此，场地地下水补给较少，冬季土层含水量较低。钻孔显示场地地下水位埋深大于15 m。

2.2.2 地基土状态

根据钻孔情况，分析主要地层如下：

第1层：覆盖层厚度0.4~1.8 m。表层植被土，厚度0.2~0.5 m；下部粉土层，局部夹角砾、碎石，天然含水质量分数19.8%~23.2%，厚度0.2~1.4 m。

第2层：全风化凝灰岩，极破碎，略见原岩结构，主要为角砾、中粗砂、碎石，混少量粉土，该层厚度0~2.1 m。该层可分为上、下两部分，上部靠近地面，粉粒、黏粒质量分数大于15%，水质量分数大于10%；下部埋藏较深，粉粒、黏粒质量分数不超过15%。

第3层：强风化凝灰岩，节理裂隙很发育-较发育，岩体较破碎-极破碎，中-厚层构造，矿物风化蚀变强烈，该层厚1.8~12.5 m。岩体块度1~15 cm，个别15~30 cm。

第4层：中风化凝灰岩，节理裂隙少发育，中-厚层构造，岩体呈深灰色，岩芯坚硬（见图 2）。该层厚度大于5.0 m，主要分布于场地西北角及东北角，埋藏深度2.2~4.5 m。

钻探过程中，仅在第1层（覆盖层）内见冻土发育，第2层及以下基本未见冻结情况，可见冰冻深度1.5~1.8 m。在覆盖层内，小颗粒冰晶散布于土层裂隙中，未连成片状。土层裂隙总体发育较少。

2.2.3 冻胀性评价 2.2.3.1 各层地基土的冻胀性判别

岩体冻融变形破坏的影响因素有岩性条件、结构面条件、含水量及温度条件等，其中最主要因素为含水量，岩体的含水量越多，冻胀量越大，变形越严重^[6-7]。干燥岩样在冻结过程中没有冻胀阶段，仅表现为“热胀冷缩”的特征。有学者^[5]研究认为，在较低含水量条件下，经历冻结后宏观岩体无明显冻结应力应变的表现；一般情况下，均质胶结性好且完整岩石的抗冻融风化能力比弱胶结裂隙发育岩石要强。Chen T C等^[5]对不同初始含水率的岩样在一次冻融循环后的单轴抗压强度进行了测试，当初始饱和度小于60%时，冻融对岩石的抗压强度影响较小，而超过70%时，岩石的抗压强度明显降低，高于80%时，抗压强度急剧降低。

该工程所在地降水较少，秋、冬季节降水下渗至地层中的水量十分有限。根据现场调查及钻孔资料，全风化岩石及以下各层含水率很低，目测为干燥状态，局部稍湿。根据土工试验与岩石试验成果，结合地层及含水率情况，根据GB 50007—2011附表G.0.1，分别判断各地层冻胀性，结果见表 1。

2.2.3.2 场地基土的冻胀性评价

影响岩土冻胀性的主要因素有岩土性质（岩土体孔隙大小）、含水率及地下水位至冻结面的距离等^[8-12]，综合以上分析，得出场地基土冻胀性评价结论：

（1）基底设计埋深在强风化-中风化凝灰岩内，可不考虑地基土冻胀对基础竖向作用。

（2）基底埋深在全风化凝灰岩内，按不利因素考虑地基土为弱胀冻土。

（3）上部粉土及植被土按胀冻考虑。

（4）基础两侧回填土，应使用粉粒质量分数小于15%的中粗砂，分层回填压实。

（5）各建构筑物基底的埋深，宜根据所在位置的岩土类别分别分析、设计，可小于标准冻深。位于强风化、中风化岩石内的基础数量、面积占总量的50%以上，根据上述原则设计，可使至少50%的基础埋深普遍减少0.5~0.8 m，可以节约相当可观的基础石方量。

3 结语

本文通过对寒冷地区变电站工程勘察过程中存在的难点进行分析，根据岩土性质、含水率及地下水位等要素，确定了场地基土的冻胀性，为工程的设计提供了可靠的基础资料及数据支撑。