某變電站溶洞地基加固措施分析研究

盛學(xué)慶 陳佳慧

摘要：隨著國(guó)民生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，我國(guó)輸變電工程的發(fā)展極為迅速。而因規(guī)劃用地所限，輸變電工程在選址時(shí)難免經(jīng)過(guò)或者接近巖溶溶洞。由于巖溶作用，建（構(gòu)）筑物地基中廣泛分布著有對(duì)地基具有較大不利影響的溶洞，會(huì)造成地面塌陷、不均勻沉降等不利影響，因此溶洞地基的加固對(duì)于結(jié)構(gòu)地基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全具有重要的作用。下面將結(jié)合杭州市某變電站溶洞地基加固施工實(shí)踐，通過(guò)理論研究、軟件建模、模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐考察等途徑進(jìn)行了研究和探討，且基于工程相關(guān)驗(yàn)收結(jié)果和沉降觀測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了加固方法的可行性。研究結(jié)果可為類(lèi)似巖溶地區(qū)變電工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：溶洞地基;灌漿加固;變電工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63;TU449 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）01-0179-04

0引言

作為一種典型的土洞，巖溶溶洞是造成土層塌陷的主要元兇。而一旦出現(xiàn)此類(lèi)病害，往往會(huì)導(dǎo)致房屋及其配套設(shè)施的損毀，從而造成大規(guī)模的事故。而隨著國(guó)民生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，我國(guó)輸變電工程的發(fā)展極為迅速。而因規(guī)劃用地所限，輸變電工程在選址時(shí)難免經(jīng)過(guò)或者接近巖溶溶洞。我國(guó)的可溶巖分布面積達(dá)3.65x 106km²，占國(guó)土面積的1/3，是世界上巖溶最發(fā)育的國(guó)家之一。在巖溶區(qū)，由于巖溶作用，建（構(gòu)）筑物地基中廣泛分布著有對(duì)地基具有較大不利影響的溶洞，會(huì)造成地面塌陷、不均勻沉降等不利影響，因此對(duì)溶洞地基的加固可提高土體的強(qiáng)度和土體的側(cè)向抗力以保證臨近結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生超過(guò)允許的位移，對(duì)于結(jié)構(gòu)地基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全具有重要的作用。而我國(guó)的輸變電工程作為最重要的民生工程之一，一旦出現(xiàn)上述事故，必然造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響，因此必須確保施工安全和使用安全。

現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)內(nèi)和國(guó)際上的相關(guān)科技人才都在不斷研究溶洞地基的加固措施，并取得了一定的成果，在理論研究和實(shí)踐應(yīng)用等方面都有所建樹(shù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要采用的辦法有清爆換填、灌漿處理（旋噴樁）、梁板跨越、調(diào)整柱樁、合理疏排地表水及地下水等。其中，灌漿加固的處理方法由于具有施工方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。以此為出發(fā)點(diǎn)，本文結(jié)合杭州市某變電站溶洞地基加固施工實(shí)踐，通過(guò)理論研究、軟件建模、模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐考察等途徑進(jìn)行了研究和探討，且基于工相關(guān)驗(yàn)收結(jié)果和沉降觀測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了加固方法的可行性。研究結(jié)果可為類(lèi)似巖溶地區(qū)變電工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工提供一定的參考依據(jù)。

1工程概況

杭州某變電站工程位于富陽(yáng)區(qū)場(chǎng)口鎮(zhèn)周邊，靠近百丈畈4號(hào)路與百丈畈8號(hào)路交叉口，處于長(zhǎng)深高速路旁，場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)主要以荒地為主。本工程?hào)|側(cè)毗鄰長(zhǎng)深高速，北側(cè)毗鄰烏疇村、富陽(yáng)康華制藥機(jī)械有限公司。變電站主要由配電裝置樓、消防砂箱、事故油池等組成，其中配電裝置樓地上面積1871.1m²，地下面積58.9m²，高度18.9m，三層框架結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，天然地基，如圖1所示。但由于基礎(chǔ)底部泥質(zhì)灰?guī)r存在溶洞，影響到上部結(jié)構(gòu)安全，須對(duì)場(chǎng)地范圍內(nèi)的溶洞進(jìn)行加固處理。

2場(chǎng)地地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)完成鉆孔9個(gè)，其中4個(gè)鉆孑L內(nèi)揭露溶洞。溶洞主要為充填、無(wú)充填兩種狀態(tài)，其中3個(gè)鉆孔內(nèi)溶洞以礫砂及細(xì)砂充填，1個(gè)鉆孔內(nèi)無(wú)充填物，揭露溶洞洞徑為0.60—3.60m，層頂埋深1.10—5.20m，層頂標(biāo)高22.62～27.68m。其中1個(gè)鉆孔內(nèi)揭露溶洞為2個(gè)溶洞呈串珠狀，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）中規(guī)定，場(chǎng)區(qū)遇洞率大于30%，但局部有串珠狀豎向溶洞發(fā)育深度未達(dá)20m以上，故綜合判定本場(chǎng)區(qū)巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育。

3溶洞加固方案

3.1設(shè)計(jì)原則

3.1.1安全可靠

本場(chǎng)地潛在的巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患對(duì)變電站內(nèi)建（構(gòu)）筑物的正常運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅，必須徹底消除該區(qū)潛在的地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。

3.1.2技術(shù)可行

治理區(qū)下伏寒武系楊柳崗組（E2y）泥質(zhì)灰?guī)r中發(fā)育有大小、形態(tài)不一的溶洞，溶洞處于充填、無(wú)充填兩種狀態(tài)，通過(guò)對(duì)巖溶區(qū)域注漿治理后，一是填充溶洞中的空洞和裂隙，消除上部土體下沉產(chǎn)生變形坍塌所需的空間，二是注漿后阻止地下水滲人或減弱地下水流動(dòng)路徑，避免水體對(duì)溶洞上部第四系覆蓋土層的軟化和侵蝕作用。因此，注漿治理可有效地減小地表變形，防止水體滲透引起的土體塌陷，避免巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。目前，注漿技術(shù)在國(guó)內(nèi)外針對(duì)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的治理效果較為良好，且施工質(zhì)量可控制性強(qiáng)。因此，對(duì)該工程治理區(qū)地下巖溶區(qū)域進(jìn)行注漿治理是可行的。

3.1.3經(jīng)濟(jì)合理

在安全可靠、技術(shù)可行的基礎(chǔ)上，選擇合適的注漿方案，進(jìn)而降低施工成本，做到經(jīng)濟(jì)合理。

3.2加固方案的比較與確定

3.2.1加固方案的選擇

對(duì)于巖溶地面塌陷治理工程，主要方法有清除填堵法、跨越法、注漿法等。填堵法和跨越法一般適用于單個(gè)淺層或開(kāi)口型不穩(wěn)定巖溶，不適合本工程場(chǎng)地。對(duì)于埋深較大的巖溶區(qū)，注漿法最為常用，且技術(shù)較為成熟，施工質(zhì)量可控性強(qiáng)。注漿方案的選擇需要全方面考慮是否滿足技術(shù)要求，是否造成自然環(huán)境污染或危害人體健康，以及材料的選擇可否降低工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)因素。

3.2.2加固范圍及深度

加固范圍：加固范圍為站址用地紅線內(nèi)區(qū)域，總面積約2560m²。

加固深度：加固深度至中風(fēng)化基巖以下5.5m，且超過(guò)溶洞底2m。如圖2所示。

3.3注漿孔布置及施工次序

3.3.1注漿孔布置原則

在配電裝置樓等主要建筑物范圍內(nèi)注漿孔縱橫向間距2.5m，正方形布置;其他范圍內(nèi)注漿孔縱橫向間距3.5m，正方形布置（如圖3）。若遇前期勘察的施工鉆孔，則利用該勘察鉆探孔，但對(duì)前期勘察鉆孔未達(dá)到設(shè)計(jì)治理深度的，則繼續(xù)鉆探至治理深度。本次共布置巖溶注漿孔316個(gè)，總鉆探進(jìn)尺2528m。注漿孔的孔深按進(jìn)人中風(fēng)化基巖以下5.5m，且超過(guò)溶洞底2m控制。但由于治理區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層厚度變化較大，因此，注漿孔施工過(guò)程中揭露的地層情況可能與勘察報(bào)告有一定差異，實(shí)際孔深應(yīng)根據(jù)鉆孑L揭露情況，由施工和設(shè)計(jì)共同商定。

3.3.2施工次序

因治理區(qū)地下巖溶中等發(fā)育，溶洞裂隙可能相互貫通聯(lián)系，為更好地控制注漿量，防止?jié){液過(guò)多流失，應(yīng)按照“先外圍后中部”的原則進(jìn)行注漿施工。同時(shí)，注漿施工應(yīng)遵循“探灌結(jié)合”的信息化施工原則，根據(jù)探察和施工所揭示的地質(zhì)特征，動(dòng)態(tài)調(diào)整注漿范圍、參數(shù)和工藝。

4溶洞地基加固質(zhì)量管理要點(diǎn)

1）制定嚴(yán)密的溶洞地基加固施工組織架構(gòu)和施工計(jì)劃，嚴(yán)格管理，分工協(xié)作，確保治理工程進(jìn)度和質(zhì)量目標(biāo)。

2）做好溶洞地基加固施工的前期準(zhǔn)備工作。在施工組織方面，編制施工總體計(jì)劃并細(xì)化相關(guān)節(jié)點(diǎn)，且做好勞動(dòng)力調(diào)配計(jì)劃;在物資方面，做好相應(yīng)施工材料和機(jī)具設(shè)備的采購(gòu)、租賃等安排;在技術(shù)方面，做好圖紙會(huì)審，掌握設(shè)計(jì)意圖，并編制科學(xué)合理的施工方案和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

3）對(duì)注漿原材料進(jìn)行嚴(yán)格審查，保證施工原材料質(zhì)量，防止出現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題。

4）在治理單位主要負(fù)責(zé)人的調(diào)配和安排中，通過(guò)各參建單位的通力協(xié)作和交叉流水作業(yè)，盡量縮短工期，以保障施工工期節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建設(shè)場(chǎng)地受復(fù)雜地域、不良地質(zhì)的影響很大，溶洞地區(qū)更是對(duì)上部結(jié)構(gòu)安全造成較大影響，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)須加以慎重考慮。結(jié)合上述工程實(shí)踐，筆者認(rèn)為采取注漿加固是目前應(yīng)對(duì)類(lèi)似溶洞造成變電站建（構(gòu)）筑物不良地質(zhì)問(wèn)題較為有效、經(jīng)濟(jì)、合理的技術(shù)措施，它能夠滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基承載力及變形控制的要求，確保了上部結(jié)構(gòu)安全。