110KV變電站粉土層基礎(chǔ)變形處理研究

張軍鋒

（中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

110 KV變電站位于青海省海南州興海縣境內(nèi)黃河Ⅱ級(jí)階地上，是黃河上游某水電站施工電源。110 KV變電站為終端變，共兩臺(tái)主變，進(jìn)線一回，采用單母線接線方式。變電站主要建筑物有110 KV戶外配電裝置基礎(chǔ)、1#主變、2#主變、6 KV配電室、主控制室、污水處理站和110 KV變電站圍墻。

110 KV變電站建成投入運(yùn)營(yíng)至第二年汛前，站內(nèi)道路路面、110 KV戶外配電裝置及主變基礎(chǔ)和配電室、主控制室墻面等均未出現(xiàn)塌陷、沉降等危害變電站正常運(yùn)行工程問題。至第二年9月，6 KV配電室、主控制室房屋室內(nèi)地面和外墻均出現(xiàn)不同程度的塌陷和裂縫，最大裂縫約20 mm；戶外配電裝置、1#主變、2#主變基礎(chǔ)均出現(xiàn)不同程度的塌陷，變電站填方區(qū)圍墻局部段墻體出現(xiàn)裂縫和基礎(chǔ)塌陷，站區(qū)內(nèi)道路路面出現(xiàn)局部塌陷（詳見圖1、圖2）已影響到變電站正常的運(yùn)行使用。

110 KV變電站建筑物基礎(chǔ)持力層為圓礫層，圓礫層下部為粉土層。6 KV配電室、主控制室基礎(chǔ)采用條形混凝土基礎(chǔ)，110 KV戶外配電裝置基礎(chǔ)采用混凝土重力式杯口基礎(chǔ)，主變基礎(chǔ)采用大塊式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，道路及圍墻基礎(chǔ)為圓礫層。110 KV變電站基礎(chǔ)處理難點(diǎn)在于站內(nèi)供電不得中斷，建筑房屋、供電設(shè)備不得拆除，施工空間受到限制。

圖1 站區(qū)路面塌陷

圖2 站區(qū)房屋基礎(chǔ)沉降

2 地質(zhì)條件

站址區(qū)屬黃河階地地貌，微地貌為沖洪積扇邊緣，地形起伏較大；總體上呈西北高東南低之勢(shì)，地勢(shì)較開闊。

根據(jù)鉆探揭露，結(jié)合土工試驗(yàn)和原位測(cè)試成果，勘察深度范圍內(nèi)場(chǎng)地地基上部主要由第四系沖洪積形成的圓礫，其中夾呈透鏡體圓礫，主要地層分述如下：

（1）圓礫層：雜色、稍濕、松散～稍密、骨架顆粒巖性為砂巖，粒徑大于2 mm的顆粒質(zhì)量占全重的57%，呈亞圓狀，由砂土充填，局部夾有透鏡狀分布的粉土層，厚度0.2 m～1.5 m不等，分布較雜亂，無規(guī)律性。地基承載力特征值fak=260 kPa，E0=28 MPa。

（2）粉土層：位于圓礫層下部，黃褐色、稍密、稍濕，以粉粒為主，砂感較強(qiáng)，局部夾呈透鏡狀分布圓礫層，韌性低、干強(qiáng)度低、搖振反應(yīng)迅速、混較多卵石，呈層狀分布，局部呈夾石狀，分布不均勻。地基承載力特征值fak=150 kPa。

（3）圓礫層：位于圓粉土層下部，雜色、稍濕、松散，骨架顆粒巖性為砂巖，粒徑大于2 mm的顆粒質(zhì)量占全重的50%，呈亞圓形，由粗砂及粉土充填，本層以透鏡體形式分布，分布不均勻，較雜亂，厚度約1.6 m～2.6 m不等。

根據(jù)勘察成果，最大勘探深度15.7 m內(nèi)未見地下水。根據(jù)周邊場(chǎng)地調(diào)查及附近勘察資料，地下水埋深位于30 m以下，基本對(duì)本工程無影響。

3 地基變形原因分析

某變電站建筑物戶外配電裝置基礎(chǔ)為挖方區(qū)，變電站圍墻、變壓器基礎(chǔ)、站內(nèi)配電綜合室及綜合配電室為填方區(qū)。某變電站建成后運(yùn)營(yíng)第一年，站區(qū)基礎(chǔ)未出現(xiàn)地面裂縫或塌陷，地基承載力滿足要求。運(yùn)營(yíng)第二年，該區(qū)域降雨量增多，地表雨水下滲，挖方區(qū)及填方區(qū)建筑物基礎(chǔ)均出現(xiàn)不均勻沉降。查詢相關(guān)文獻(xiàn)[1-6]，粉土一般不具有典型的黃土特征，且一般不具有濕陷性。根據(jù)近年建成工程，各類地表水、人為用水下滲造成粉土不同程度的濕陷，導(dǎo)致上部建筑物出現(xiàn)裂縫，基礎(chǔ)不均勻沉降等與濕陷性相關(guān)的工程地質(zhì)問題也時(shí)有發(fā)生。因此，本工程地基變形主要原因是該地區(qū)降雨量偏多，地表水下滲使粉土層變成濕陷性粉土，引起變電站建筑物基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致站區(qū)路面塌陷、建筑物墻面裂縫。

4 地基變形處理設(shè)計(jì)

參考相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]，采用換填法、強(qiáng)夯法可有效解決濕陷性粉土問題，但需拆除原有建筑物和供電設(shè)備、電站供電中斷、工程投資大、施工周期長(zhǎng)，不符合本工程工程特性。基于本工程的特殊性、緊迫性、建筑物基礎(chǔ)承載力滿足要求及地基變形原因分析，在保證供電不中斷的情況下，采用“外圍封閉、中間固結(jié)、地表硬化”的方案，切斷粉土層變成濕陷性粉土的地下水和地表雨水下滲通道，解決本工程基礎(chǔ)沉降變形問題。

本工程在不拆除原有房屋、供電設(shè)備的條件下，為加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量，采用固結(jié)灌漿方案封閉建筑物基礎(chǔ)四周，隔斷地下水進(jìn)入建筑物基礎(chǔ)的通道，同時(shí)站內(nèi)地面采用混凝土硬化，設(shè)置排水溝，將地面雨水排至站區(qū)外排水渠。

4.1 基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)方案

（1）設(shè)計(jì)方案

變電站圍墻外、戶外配電裝置基礎(chǔ)、變壓器基礎(chǔ)、6 KV配電室和主控制室在房屋原基礎(chǔ)下布設(shè)固結(jié)灌漿孔，固結(jié)灌漿孔深9.5 m，8.5 m，8.0 m，間距1.0 m，圍墻及房屋邊墻裂縫處布置兩排固結(jié)灌漿孔。固結(jié)灌漿孔總長(zhǎng)度5165.5 m，584個(gè)孔。

固結(jié)灌漿采用純水泥漿進(jìn)行灌漿。灌漿分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)序進(jìn)行，先灌Ⅰ序，再灌Ⅱ序。同排灌漿孔施工必須是先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

固結(jié)灌漿采用自上而下分兩段灌漿，第一段壓力采用0.05 MPa～0.1 MPa，第二段壓力采用 0.1 MPa～0.15 MPa。

灌漿完成后，采用鉆孔壓水試驗(yàn)進(jìn)行固結(jié)灌漿工程質(zhì)量的檢查，透水率小于5l u。

（2）現(xiàn)場(chǎng)施工情況

主控室、6 KV配電室、變電站圍墻共施工Ⅰ序孔100個(gè)孔，其中達(dá)到設(shè)計(jì)要求31個(gè)孔，其余均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求需待凝后進(jìn)行復(fù)灌。本次施工100個(gè)孔總灌漿量為2545.95 t；平均單位耗灰量為2046 kg/m；已灌漿但未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最小注漿量為25.03 t/孔（孔深 8.5 m），最大注漿量為 142.24 t/孔（孔深 8.5 m）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料，水灰比0.5:1，單位耗灰量超過2000 kg/m，單位耗灰量嚴(yán)重過大。分析固結(jié)灌漿現(xiàn)場(chǎng)資料，造成固結(jié)灌漿單位耗灰量過大的原因主要采用純水泥漿，且圓礫層存在大的滲透通道，帶壓力灌漿過程中漿液擴(kuò)散范圍過大，且水泥漿液易出現(xiàn)離析、結(jié)石率不高等現(xiàn)象，且作為防滲材料，結(jié)石彈性模量偏大，不適應(yīng)變形，易脆裂。因此，對(duì)基礎(chǔ)處理方案進(jìn)行調(diào)整。

4.2 調(diào)整設(shè)計(jì)方案

針對(duì)單位耗灰量嚴(yán)重過大，且達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等問題，對(duì)灌漿方案進(jìn)行調(diào)整，以降低單位灌漿耗灰量，達(dá)到防滲處理目的。參考相關(guān)資料[9]，采用高壓旋噴灌漿和水泥粘土砂漿灌漿封閉滲漏通道在相似地質(zhì)條件下運(yùn)用較多，技術(shù)成熟、施工簡(jiǎn)單。

（1）高壓旋噴灌漿

高壓旋噴灌漿技術(shù)成熟，施工方法較簡(jiǎn)單，但占用施工場(chǎng)地稍大。根據(jù)變電站施工場(chǎng)地，變電站圍墻外及場(chǎng)內(nèi)施工空間較大部位進(jìn)行高壓旋噴灌漿，灌漿深度8.5 m。

a.造孔

采用立軸式液壓回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)施工，泥漿護(hù)壁造孔。鉆孔偏斜斜率不應(yīng)超過1%，終孔應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深200 mm。

b.旋噴灌漿

高壓旋噴灌漿采用“三管法”施工，高壓旋噴灌漿的工藝流程為：高噴臺(tái)車就位→地面試噴→下噴射管→定向→制漿→輸漿→提升(旋、擺)→回漿→終噴→回灌→管路沖洗→臺(tái)車遷移。

c.旋噴灌漿主要施工參數(shù)

旋噴灌漿主要施工參數(shù)見表1。

表1 旋噴灌漿主要施工參數(shù)表

（2）水泥粘土砂漿灌漿

通過在純水泥漿液中摻入一定比例的粘土、中細(xì)砂，使純水泥漿調(diào)整為水泥粘土砂漿。水泥粘土砂漿灌漿具有較好的穩(wěn)定性、抗?jié)B性，同時(shí)由于摻入砂，漿液強(qiáng)度較水泥粘土漿強(qiáng)度高。水泥、粘土、砂在漿液中起不同的重要作用，水泥起粘結(jié)強(qiáng)度的作用，粘土起漿液的穩(wěn)定作用，砂起填充作用。變電站場(chǎng)內(nèi)配電室、控制室、主變及戶外配電裝置基礎(chǔ)施工空間受限制位置采用水泥粘土砂漿灌漿。

本工程水泥粘土砂漿灌漿Ⅰ序孔灌漿壓力采用0.05 MPa～0.1 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力采用0.1 MPa～0.15 MPa。水泥粘土砂漿中粘土粘粒含量（≤0.005 mm的顆粒）≥30%，砂的細(xì)度模數(shù)為 1.6～3.0，灰砂比為 1:1.5～2.0。

水泥粘土砂漿漿液配合比試驗(yàn)表見表2，現(xiàn)場(chǎng)參考“水泥粘土砂漿漿液配合比試驗(yàn)表”進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，確定本工程漿液配合比。

表2 水泥粘土砂漿漿液配合比試驗(yàn)表

5 結(jié)語

采用“外圍封閉、中間固結(jié)、地表硬化”的綜合治理措施，有效隔斷了圓礫層、粉土層地下水及地表水下滲通道，并經(jīng)過一年的工程運(yùn)行，變電站建筑物基礎(chǔ)沉降得以控制，實(shí)現(xiàn)了本次基礎(chǔ)變形處理目標(biāo)。通過對(duì)基礎(chǔ)沉降處理設(shè)計(jì)方案的及時(shí)調(diào)整，采用高壓旋噴灌漿與水泥粘土砂漿灌漿，有效解決了固結(jié)灌漿單位灌漿耗灰量大，灌漿范圍不易控制等問題，節(jié)省了工程投資，保證了工程施工進(jìn)度，可為解決類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。