變電站巖溶地基勘察與地基基礎(chǔ)處理

【摘要】巖溶地區(qū)變電站常受地下溶洞等不良地質(zhì)基礎(chǔ)影響易造成建構(gòu)物塌陷、變形，危及建構(gòu)物安全。本文介紹了巖溶區(qū)變電站勘察手段，闡述了巖溶區(qū)地基基礎(chǔ)處理措施。根據(jù)勘察成果有針對(duì)性地采用了不同地基基礎(chǔ)處理方案，有效地提升地基的強(qiáng)度，保障了建構(gòu)物安全，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】巖溶勘察;地基處理;基礎(chǔ)施工

1、工程概述

某變電站位于低矮丘陵山地，植被茂盛;地形整體平坦，起伏不大。北側(cè)地勢(shì)較低，為一片農(nóng)作物菜地。區(qū)內(nèi)基巖分布以三迭系下中統(tǒng)灰?guī)r為主，巖層傾向北西向，區(qū)內(nèi)無(wú)大的斷層通過(guò)。站址規(guī)劃容量2000MVA，一期新建1臺(tái)1000MVA變壓器。距站址約120米有縣級(jí)公路通過(guò)，交通較為方便。

2、站址勘察及巖溶發(fā)育情況

2.1 站址勘察

本站址首先采用了高密度電測(cè)深法探測(cè)基巖埋深和溶洞、土洞分布，劃分上覆松散沉積層序和風(fēng)化帶。其次采用常規(guī)的鉆探全斷面取芯獲取站址區(qū)地質(zhì)資料，對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)，增加鉆孔數(shù)量和鉆孔深度。再次對(duì)物探異常區(qū)采用鉆孔驗(yàn)證。最后對(duì)巖溶較發(fā)育地段，采用跨孔電磁波計(jì)算機(jī)層析成像（CT）技術(shù)探測(cè)地下洞穴、隱伏斷層、破碎帶空間分布。經(jīng)過(guò)綜合勘探，站址區(qū)自上而下主要地層如下：素填土、硬塑粉質(zhì)粘土、可塑粉質(zhì)粘土、軟塑～流塑粉質(zhì)粘土、中厚層～厚層灰?guī)r，基巖面起伏較大，部分鉆孔發(fā)現(xiàn)溶洞，巖石較破碎。地下水位埋深1.8～2.3米，水量較豐富。

2.2 巖溶發(fā)育情況

根據(jù)勘探揭示，發(fā)現(xiàn)溶洞的鉆孔占30%，巖溶發(fā)育，主要為基巖表面溶溝溶槽、淺層溶洞和深層溶洞。大部分分布在綜合配電樓地段，巖溶發(fā)育對(duì)于變電站的建設(shè)來(lái)說(shuō)十分不利，但是由于多方面綜合因素的影響，無(wú)法更換變電站站址，只能在此基礎(chǔ)上實(shí)施地基處理。

3、巖溶地基穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1溶洞穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

變電站場(chǎng)地內(nèi)上覆地層主要為粉質(zhì)粘土，故變電站場(chǎng)地在建筑物建成之后的使用期間內(nèi)其溶洞繼續(xù)發(fā)展速度是非常緩慢的，且影響場(chǎng)地溶洞頂板穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素在于建筑物荷載大小、洞體形態(tài)以及埋藏條件、巖層厚度以及頂板情況等因素?；诖丝梢耘袛啾緢?chǎng)地巖溶分布地基是一個(gè)較為穩(wěn)定的地基。

3.2土洞形成可能性分析

站址區(qū)主要為粉質(zhì)粘土直接覆蓋在灰?guī)r表面，且在該地段地下水活動(dòng)基本上不會(huì)對(duì)土層造成很大的侵蝕作用，通常不容易形成土洞;在整個(gè)勘探過(guò)程中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)土洞。但在完成工程建設(shè)之后，如果在站址場(chǎng)地周?chē)M(jìn)行地下水的大量開(kāi)采，或者因?yàn)槿祟?lèi)其他活動(dòng)等各方面的影響導(dǎo)致站址場(chǎng)地地下水活動(dòng)程度增加，那么很有可能在基巖表面的軟塑～流塑粉質(zhì)粘土中形成土洞甚至出現(xiàn)土洞塌陷的可能，為防止土洞發(fā)生，擬對(duì)此地段地層進(jìn)行高壓噴漿處理。

3.3溶洞頂板穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)

本變電站場(chǎng)地巖溶頂板主要是中厚層-厚層狀灰?guī)r，且具有很高的強(qiáng)度，結(jié)合相關(guān)準(zhǔn)則可以按照頂板跨中有裂縫以及頂板兩端支座處巖石完整堅(jiān)固情況來(lái)考慮，驗(yàn)算頂板穩(wěn)定性需要符合抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算以及抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于其他溶洞地段而言，因?yàn)榛A(chǔ)底面以下的土層厚度是獨(dú)立基礎(chǔ)寬度的3倍還多，且本工程針對(duì)軟土實(shí)施了加固處理，則在使用的時(shí)候很難形成土洞，因此不用考慮巖溶對(duì)地基穩(wěn)定性影響;針對(duì)那些較小的溶洞如果采取筏板基礎(chǔ)，既能夠起到跨越作用，也可以保證巖溶地基的穩(wěn)定性。

4、巖溶地基處理

第一，溶洞處理。溶洞應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)資料進(jìn)行處理。地基是單層溶洞，其天井難以滿足荷載要求，因此有必要對(duì)洞室進(jìn)行加固。為了滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求，需做以下處理。當(dāng)建筑荷載很大，且支撐點(diǎn)也在搭接洞口上，需與設(shè)計(jì)部門(mén)協(xié)商調(diào)整平面布置，重新設(shè)置柱間距，以避開(kāi)重疊洞口，并在結(jié)構(gòu)上跨越洞口，注意搭接巖石的牢固度入口兩側(cè)。如果溶洞內(nèi)有軟弱土層、碎石塊石等軟弱、松散，沉降大，穩(wěn)定性差填料時(shí)，必須采取有效的處理措施，才能成為變電所建筑物的地基。如果巖石表面的體積高度大于1米，或溶洞的平面尺寸大于1米，或可用巖層的實(shí)際埋深大于8米，根據(jù)變電站的實(shí)際需要，可制作支護(hù)樁，用樁將奇石與柱子連接起來(lái)，邊上應(yīng)加適量的嵌釘。沖孔樁進(jìn)入巖石后，其深度應(yīng)大于樁徑的5倍。如果實(shí)際值低于此要求，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)資料檢查并深化工作。本場(chǎng)地由于地下水豐富，在重要建筑物地段，巖溶地基采用沖孔灌注樁。

第二，土洞處理。巖溶地區(qū)土洞對(duì)變電站的影響大于溶洞。從成因上看，洞穴埋藏淺，分布較細(xì)，發(fā)育迅速。另外，頂板強(qiáng)度極低，危害也很大。對(duì)土洞處理常采用以下方法。填墊法適合于裸露巖溶土洞附加荷載相對(duì)較小的情況。在其最底部位置，塊石和片石作為填料，其中部位置用的是碎石，而且上層用土、或者混凝土對(duì)其進(jìn)行填塞可保證地下水的循環(huán)，形成半濾層。對(duì)于已經(jīng)充填的溶洞，當(dāng)材料本身力學(xué)性能較弱時(shí)，可采用換填材料進(jìn)行處理。首先，洞內(nèi)所有的填充物都要清除，并用石頭、沙子、石頭和混凝土等建筑材料代替。淺溶巖洞穴必須進(jìn)行挖掘。如果洞內(nèi)有軟弱土層，則將其徹底的挖除干凈，再進(jìn)行填充，這種方法主要適用于輕型建筑結(jié)構(gòu)，并根據(jù)地下水的具體情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。為有效地提高質(zhì)量，在塊石、片石填充過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)注入水泥漿。在基礎(chǔ)上，對(duì)于較近溶洞和土洞，不僅要去除孔中的軟土，還要將鋼筋和廢鋼放在孔的位置上，然后用混凝土填充。

本變電站無(wú)土洞，不需要進(jìn)行土洞處理。但根據(jù)上述分析，人類(lèi)活動(dòng)將影響地下水運(yùn)動(dòng)加劇，很有可能導(dǎo)致分布在基巖表面的軟塑～流塑粉質(zhì)粘土有形成土洞甚至出現(xiàn)土洞塌陷可能。故在此區(qū)域?qū)嵤└邏簢娚渥{處理，提高土體強(qiáng)度。

第三，塌陷處理。當(dāng)巖溶地基出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象時(shí)，可采用以下方法：首先清除崩塌處的軟土，用石塊、砂石、礫石等充填形成反濾層，在其上面覆上粘土并夯實(shí)之?？缭椒ǎ褐饕獞?yīng)用在塌陷坑、土澗較深處，開(kāi)挖回填過(guò)程中若存在著困難，則可采用該種處理方法。通常情況下，一般以梁板跨越為基礎(chǔ)，兩端有巖土支護(hù)。其方法是用10～20噸的錘進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生以強(qiáng)烈的沖擊力，夯實(shí)土壤。灌注法：灌注法是將填料注入鉆孔內(nèi)，增強(qiáng)土體強(qiáng)度，填充巖漿間隙，然后在地下進(jìn)行充填，主要灌漿材料為水泥、砂、礦渣、水玻璃等，灌注方法選擇低壓間歇定量式。本變電站場(chǎng)地?zé)o塌陷，不需要塌陷處理。但在軟塑～流塑粉質(zhì)粘土中實(shí)施高壓噴射注漿處理，提高土體強(qiáng)度，減少建構(gòu)物變形量。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)施工檢驗(yàn)，本站址的勘察成果正確。該變電站運(yùn)行之后從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)表明，站址場(chǎng)地地基基礎(chǔ)處理可靠，所有運(yùn)行指標(biāo)都非常穩(wěn)定，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。實(shí)踐表明：在巖溶發(fā)育的灰?guī)r地基上面建設(shè)變電站，只要勘察手段全面、資料正確，地基處理合理、施工方法可靠，一樣能建成優(yōu)質(zhì)、高效的精品工程。

參考文獻(xiàn)：

[1]尚義敏，李芝軍，彭斌.湖北黃石220kV向家咀變電站巖溶地基穩(wěn)定性分析及處理方案研究[J].資源環(huán)境與工程，2009，023（F08）：P.91-94.

[2]徐學(xué)文，康彥軍.淺談高速公路巖溶區(qū)的勘察與地基基礎(chǔ)處理[J].山西建筑，2009（19）：104-105.

[3]莫一星.巖溶地區(qū)高大建筑物地基工程的勘察及處理探討——以柳鐵多種經(jīng)營(yíng)職工培訓(xùn)基地為例[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2000（S1）：284-289.

[4]唐合崗，常婷.關(guān)于巖溶地區(qū)建筑工程勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究[J].文摘版：工程技術(shù)，2015.

作者簡(jiǎn)介：

江志軍（1965.06-），男，湖南長(zhǎng)沙，漢，本科，高級(jí)工程師，從事工作：巖土工程勘察。