水泥攪拌樁在變電站軟基邊坡抗滑治理中的應(yīng)用

譚可立

(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663)

水泥攪拌樁在變電站軟基邊坡抗滑治理中的應(yīng)用

譚可立

(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663)

通過理論計(jì)算，結(jié)合某500kV變電站工程實(shí)例，介紹了將水泥攪拌樁做為抗滑樁的設(shè)計(jì)方案在軟基邊坡抗滑處治中的應(yīng)用，對該工程邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，進(jìn)一步提出該軟基邊坡處理技術(shù)的應(yīng)用范圍。

水泥攪拌樁；抗滑樁；軟基邊坡。

1 概述

隨著變電站工程的快速發(fā)展，越來越多的變電站建造在由深厚軟土組成的魚塘、農(nóng)田等軟弱地基上。軟基邊坡處理通常采用重力式擋墻或鋼筋混泥土抗滑樁等，施工工期較長，造價(jià)較高，且在深厚軟土中基礎(chǔ)開挖存在安全隱患。本文將結(jié)合某500kV變電站工程設(shè)計(jì)及施工實(shí)例，介紹水泥攪拌樁在變電站軟基邊坡抗滑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2 工程概況及地質(zhì)條件

2.1 工程概況

500kV滄江變電站位于廣東省佛山市高明區(qū)，變電站占地面積6.13hm2。變電站站址原始地形為山地及魚塘，場地平整后為半挖半填，位其中部分填方區(qū)邊坡位于魚塘上，為軟土地基；最大邊坡高度達(dá)12m，該填方邊坡做法為自然放坡，坡率為1:2，漿砌塊石護(hù)面。

2.2 工程地質(zhì)條件

邊坡地基上覆巖土層為：①淤積層：淤積淤泥及淤泥質(zhì)土；②沖積層：粉質(zhì)粘土、砂土層(粗砂)；③坡積層：粉質(zhì)粘土；④殘積層：砂質(zhì)粘性土；⑤下伏基巖為晚侏羅系黑云母花崗巖。

其中淤積層分淤泥及淤泥質(zhì)土兩層。在邊坡范圍內(nèi)厚度約2m～3m。淤泥(層號②)：飽和，流塑，淤積。淤泥質(zhì)土(層號 ②1)：實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)1～5擊，很濕，流塑，淤積成因。

沖積層按成份及巖土特性可分為可塑粉質(zhì)粘土層(層號③)和粗砂層(層號③2)。其中可塑粉質(zhì)粘土層厚度約3m～5m。灰黃色、灰白色、褐灰色；粘性較差，土質(zhì)不均勻，切面粗糙，含多量石英中、粗砂顆粒。標(biāo)貫擊數(shù)7～11擊，濕，可塑，沖積。

表1 主要巖土層的力學(xué)參數(shù)

3 邊坡抗滑加固方案

由于淤泥及淤泥質(zhì)土深度較大，平均深度達(dá)2m～3m，且淤泥土下層人有較厚的可塑狀態(tài)的粉質(zhì)粘土，平均深度達(dá)3m～5m，若不進(jìn)行邊坡抗滑處治，則最高邊坡處邊坡穩(wěn)定系數(shù)僅為0.96，不符合規(guī)范要求；若完全清除軟土則工期較長，外運(yùn)土方工程量巨大，且施工難度較大，施工安全存在巨大隱患。

因此邊坡地基方案考慮只清表層淤泥及淤泥質(zhì)土，邊坡回填土直接回填在可塑狀態(tài)的粉質(zhì)粘土上；回填土填料取自挖方區(qū)山體，為砂質(zhì)粘性土；回填采用分層碾壓，每層填土厚度30cm，壓實(shí)系數(shù)0.94。

擬在邊坡坡腳采用水泥攪拌樁作為抗滑樁，以保證邊坡穩(wěn)定。水泥攪拌樁直徑選用500mm，攪拌樁樁中心距選用400mm，即兩相鄰攪拌樁樁身搭接；共采用三排樁身搭接的水泥攪拌樁，兩排攪拌樁間距3m；有效樁長約5m～10m，持力層為粗砂層。

4 邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析

4.1 設(shè)計(jì)原理

在此工程邊坡抗滑計(jì)算模型中，水泥攪拌樁為柔性抗滑樁。利用水泥作為固化劑，通過專用的攪拌機(jī)械，將水泥漿注入地層，并與地層中的軟土強(qiáng)制攪拌均勻，水泥和軟土混合后，產(chǎn)生一系列物理－化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)形成具有一定強(qiáng)度的樁體，從而達(dá)到加固邊坡最危險(xiǎn)滑移面的目的。因此可以將坡腳處水泥攪拌樁加固土體區(qū)域視為換填處理。故邊坡抗滑計(jì)算等同于復(fù)雜土層邊坡穩(wěn)定計(jì)算。

4.2 計(jì)算公式

采用圓弧滑動法時，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)可按下式計(jì)算[1]：

式中：KS為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)； Ci為第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；αi為第i計(jì)算條塊滑動面上巖土體的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(o)；Li為第i計(jì)算條塊滑動面長度(m)； θi為第i計(jì)算條塊底面傾角和地下水位面傾角(o)； Gi為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m)； Gbi為第i計(jì)算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m)； Pwi為第i計(jì)算條塊單位寬度的動水壓力(kN/m)；Ni為第i計(jì)算條塊滑體在滑動面法線上的反力(kN/m)； Ti為第i計(jì)算條塊滑體在滑動面切線上的反力(kN/m)； Ri為第i計(jì)算條塊滑動面上的抗滑力(kN/m)。

4.3 參數(shù)選取

500kV滄江變電站重要性等級高，邊坡破壞后果很嚴(yán)重，且為其土質(zhì)邊坡，因此該邊坡安全等級為一級，圓弧滑動法驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)以大于1.30。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)理論研究，攪拌樁樁體的粘聚力c=100kPa～1000kPa，內(nèi)摩擦角=20° ～30°。本工程取偏安全的數(shù)值；而攪拌樁加固范圍的水泥土粘聚力平均值取攪拌樁樁體的一半。計(jì)算模型中各土層性質(zhì)參數(shù)取值見表2。

通過多次迭代計(jì)算，得最危險(xiǎn)邊坡滑移線見圖2，滑動半徑=22.053(m)。總的下滑力=930.612(kN)，總的抗滑力=1391.805(kN)，土體部分下滑力=930.612(kN) ，土體部分抗滑力=1391.805(kN)，滑動安全系數(shù)=1.496，滿足規(guī)范要求的邊坡穩(wěn)定系數(shù)要求。抗滑加固后邊坡穩(wěn)定系數(shù)提高1.56倍。

表2 各土層粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ取值

圖2 邊坡計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)語

試樁后，通過現(xiàn)場取土試驗(yàn)，攪拌樁樁體及加固范圍土體性質(zhì)參數(shù)與計(jì)算假設(shè)一致。目前，500kV滄江變電站工程邊坡施工完成超過2年，并順利投產(chǎn)。經(jīng)過邊坡沉降監(jiān)測，該工程邊坡質(zhì)量優(yōu)秀，未發(fā)現(xiàn)邊坡嚴(yán)重變形，水泥攪拌樁抗滑樁在該變電站邊坡抗滑處治中的應(yīng)用，收到了良好的效果。

同時，筆者認(rèn)為攪拌樁抗滑樁的應(yīng)用仍然有一定的局限性，并不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的抗滑樁：

(1)當(dāng)?shù)鼗梁看笥?00%時，攪拌后土的固化效果不明顯，一般認(rèn)為，含水量略大于液限含水量時效果最佳；當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量大于5%、腐植質(zhì)含量大于1 %或pH值< 4 時，固化效果不明顯。因此，在確定采用水泥攪拌樁加固軟土地基或邊坡前，宜現(xiàn)場取土試驗(yàn)；

(2)本工程計(jì)算模型中攪拌樁樁體粘聚力和內(nèi)摩擦角均為假設(shè)值，由于各地施工水平不一，實(shí)際工程中必須在試樁后現(xiàn)場取土試驗(yàn)，驗(yàn)證土體性質(zhì)參數(shù)與計(jì)算假設(shè)是否一致；

(3)水泥攪拌樁抗滑樁為柔性抗滑樁，其抗剪承載力較低，但邊坡較高或者邊坡坡率較陡的工程中應(yīng)用水泥攪拌樁抗滑樁，應(yīng)進(jìn)行充分的理論計(jì)算以及經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選擇技術(shù)方案。

[1]GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]葉書麟，葉觀寶．地基處理與拖換技術(shù)[M]．中國建筑工業(yè)出版社，2005．

[3]唐云，王桃源．深層水泥攪拌樁在港工軟基邊坡加固中的應(yīng)用[J]．中國港灣建設(shè)，2009，(6)．

Application of Cement Mixing Pile to Prevent Sliding Treatment of Weak Soil Slop in Substation

TAN Ke-li

(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, China)

Base on the theory calculation,combined with the project of a 500kV substation,presenting an application of cement mixing pile to consolidation of weak soil slop,and analysing the stabilization of the slop,depicting the application area of the consolidation technic of slop.

cement deep mixing pile; anti-slide piles; weak soil slop.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0001-03

2011-03-28

譚可立(1982- )，男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，工程師。