變電站巖溶地基勘察與地基基礎處理

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

【關鍵詞】巖溶勘察;地基處理;基礎施工

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。北側地勢較低，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)無大的斷層通過。站址規(guī)劃容量2000MVA，一期新建1臺1000MVA變壓器。距站址約120米有縣級公路通過，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深法探測基巖埋深和溶洞、土洞分布，劃分上覆松散沉積層序和風化帶。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，對巖溶發(fā)育區(qū)，增加鉆孔數(shù)量和鉆孔深度。再次對物探異常區(qū)采用鉆孔驗證。最后對巖溶較發(fā)育地段，采用跨孔電磁波計算機層析成像（CT）技術探測地下洞穴、隱伏斷層、破碎帶空間分布。經(jīng)過綜合勘探，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)育對于變電站的建設來說十分不利，但是由于多方面綜合因素的影響，無法更換變電站站址，只能在此基礎上實施地基處理。

3、巖溶地基穩(wěn)定性分析與評價

3.1溶洞穩(wěn)定性定性評價

變電站場地內(nèi)上覆地層主要為粉質(zhì)粘土，故變電站場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，且影響場地溶洞頂板穩(wěn)定性的關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。基于此可以判斷本場地巖溶分布地基是一個較為穩(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基本上不會對土層造成很大的侵蝕作用，通常不容易形成土洞;在整個勘探過程中也沒有發(fā)現(xiàn)土洞。但在完成工程建設之后，如果在站址場地周圍進行地下水的大量開采，或者因為人類其他活動等各方面的影響導致站址場地地下水活動程度增加，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，擬對此地段地層進行高壓噴漿處理。

3.3溶洞頂板穩(wěn)定性定量評價

本變電站場地巖溶頂板主要是中厚層-厚層狀灰?guī)r，且具有很高的強度，結合相關準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固情況來考慮，驗算頂板穩(wěn)定性需要符合抗彎強度驗算以及抗剪強度驗算。對于其他溶洞地段而言，因為基礎底面以下的土層厚度是獨立基礎寬度的3倍還多，且本工程針對軟土實施了加固處理，則在使用的時候很難形成土洞，因此不用考慮巖溶對地基穩(wěn)定性影響;針對那些較小的溶洞如果采取筏板基礎，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。溶洞應根據(jù)實際地質(zhì)資料進行處理。地基是單層溶洞，其天井難以滿足荷載要求，因此有必要對洞室進行加固。為了滿足穩(wěn)定性和可靠性的要求，需做以下處理。當建筑荷載很大，且支撐點也在搭接洞口上，需與設計部門協(xié)商調(diào)整平面布置，重新設置柱間距，以避開重疊洞口，并在結構上跨越洞口，注意搭接巖石的牢固度入口兩側。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，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，或可用巖層的實際埋深大于8米，根據(jù)變電站的實際需要，可制作支護樁，用樁將奇石與柱子連接起來，邊上應加適量的嵌釘。沖孔樁進入巖石后，其深度應大于樁徑的5倍。如果實際值低于此要求，則應根據(jù)實際地質(zhì)資料檢查并深化工作。本場地由于地下水豐富，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)土洞對變電站的影響大于溶洞。從成因上看，洞穴埋藏淺，分布較細，發(fā)育迅速。另外，頂板強度極低，危害也很大。對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、或者混凝土對其進行填塞可保證地下水的循環(huán)，形成半濾層。對于已經(jīng)充填的溶洞，當材料本身力學性能較弱時，可采用換填材料進行處理。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，再進行填充，這種方法主要適用于輕型建筑結構，并根據(jù)地下水的具體情況進行評價。為有效地提高質(zhì)量，在塊石、片石填充過程中應適當注入水泥漿。在基礎上，對于較近溶洞和土洞，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。

本變電站無土洞，不需要進行土洞處理。但根據(jù)上述分析，人類活動將影響地下水運動加劇，很有可能導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)域實施高壓噴射注漿處理，提高土體強度。

第三，塌陷處理。當巖溶地基出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象時，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之。跨越法：主要應用在塌陷坑、土澗較深處，開挖回填過程中若存在著困難，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，兩端有巖土支護。其方法是用10～20噸的錘進行自由落體運動，產(chǎn)生以強烈的沖擊力，夯實土壤。灌注法：灌注法是將填料注入鉆孔內(nèi)，增強土體強度，填充巖漿間隙，然后在地下進行充填，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。本變電站場地無塌陷，不需要塌陷處理。但在軟塑～流塑粉質(zhì)粘土中實施高壓噴射注漿處理，提高土體強度，減少建構物變形量。

結語：

通過施工檢驗，本站址的勘察成果正確。該變電站運行之后從現(xiàn)場監(jiān)測到的各項數(shù)據(jù)表明，站址場地地基基礎處理可靠，所有運行指標都非常穩(wěn)定，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益明顯。實踐表明：在巖溶發(fā)育的灰?guī)r地基上面建設變電站，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。

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作者簡介：

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