沙漠砂貧混凝土在變電站塌陷治理中的應用*

杜 伊，楊寶平，王宏濤，康亞明

（1. 寧夏超高壓電力工程有限公司，寧夏 銀川 750001; 2.寧夏躍元工程有限公司，寧夏 固原 750000; 3.北方民族大學機電工程學院，寧夏 銀川 750021）

1 引言

變電站在建設和后期運行過程中，常伴有獨立基礎或電纜溝周邊塌陷、不均勻沉降等問題，這些問題并非是事前設計的不合理，而是傳統的回填方法無法夯實，且傳統的施工方法施工速度慢、勞動強度高、綜合效率低。后期維護過程中變電站又處于帶電狀態，常規的帶電設備在維修過程中存在隱患。針對這種現狀，本文提出一種新的施工思路，也就是對這些不具備夯實的狹小空間采用灌漿的方式回填，漿液為沙漠砂貧混凝土，在適宜的水灰比下可以實現自密實。為了消除變電站內帶電作業可能引起的潛在放電風險，將沙漠砂貧混凝土漿液制備設備放置在變電站外，將制備漿液用泥漿泵通過管道輸送到上述坑道中，借助于其自密實特性，可以避免因壓實度不夠而引起的回填質量無法保證等問題，降低了場內帶電設備作用時放電風險，降低了后期維護費用，提高了施工速度，降低了勞動強度，提高了綜合效益。

2 沙漠砂自密實貧混凝土的制備技術

2.1 配合比設計

貧混凝土是指用較少量水泥的混凝土，一般每方水泥含量為100~200kg，故又稱之為經濟性混凝土［1-4］。兼顧技術參數和經濟指標，本次配合比給出四種配合比，也即沙灰比分別為11∶1.5、11∶2.5和11∶3。水泥摻量的高低對強度有直接影響，但是對于基坑、電纜溝、管廊等的回填，決定回填效果的并非是強度不足，而是壓實度不夠引起的不均勻沉降，故摻入少量水泥即可滿足強度要求。

2.2 標準試塊的制作

本試驗中沙漠砂為毛烏素沙漠邊緣的沙漠沙，該沙漠沙中泛紅，是因含有風化后的紅粘土。按照上述配合比，分別制作了一批試塊，48h后脫模，脫模后置于標準養護箱中養護28d［5-6］。見圖1、圖2。

圖1 不同配合比沙漠砂自密實貧混凝土試塊的制作

圖2 試塊的標準養護

2.3 基本物理力學參數

養護好的試塊在烘箱中70℃烘干48h后稱重，若2h內質量無變化，認為已經烘干。然后稱重測出其干密度，并置于水中飽和48h后測其飽水質量，換算出其體積和質量含水率；利用力學試驗機分別測出干燥和飽和時的單軸抗壓強度，這些基礎數據匯總后如下表1所示。

表1 自密實沙漠砂貧混凝土的基本物理力學特性

從表1可以看出，沙漠砂自密實貧混凝土有以下幾個特征：

（1）隨著水泥含量的增大，干密度隨之增大，吸水率隨之下降，這是水泥含量增加而密實度提高的表現；

（2）水泥含量增加雖然強度有所提高，但材料成本也隨之增加，根據本次實驗和現場壓實土的要求，沙灰比控制在11∶2.5以內即可，既考慮了技術指標，又考慮了經濟指標。

2.4 沙漠砂自密實貧混凝土試塊的應力-應變曲線

沙漠砂貧混凝土“有混凝土之名，而無混凝土之實”，“有名”是制備方法與后期養護與普通混凝土相似，“無實”是其強度、剛度和孔隙特征以及吸水率等與普通混凝土截然不同，其力學特征介于軟巖和硬土之間［7-8］，這里給出幾種沙灰比時的應力-應變曲線，見圖3。

從圖3可以看出，隨著沙灰比的增大，水泥含量增大后除了貧混凝土強度的提高，峰值后應變下降的斜率開始增加，表示脆性開始增大。

圖3 不同沙灰比時的應力-應變全過程曲線

3 現場工程應用

月牙湖330kV變電站工程是2005年寧夏電力公司重點建設的項目，它的建成對寧東火電基地負荷供電和寧夏電網220kV、330kV電網聯絡具有重要價值，其地理位置處于毛烏素沙區內，該沙區主要位于鄂爾多斯高原與黃土高原之間的湖積沖積平原凹地上。各種第四系沉積物均具明顯沙性，松散沙層經風力搬運，形成易動流沙，給公司在施工技術上帶來了很大程度的考驗。整個基坑內全部為細干沙，流動性極強，基坑開挖時邊挖邊坍，基坑不易成型。

變電站建成后的十余年里，獨立基礎由于空間狹小而無法夯實，故因回填土壓實度不夠而出現了不均勻沉降。另外，電纜溝附近的回填土土在雨水的長期沖刷下，因回填土的流失而出現明顯的塌陷。現場的相關照片如圖4所示。

圖4 縱橫交錯的電纜線溝槽

針對這些問題和病害，若用傳統的回填方法再次夯實回填，若干年后還會出現類似的問題。為此，本文經過實地考察后嘗試就地取材，用變電站內的沙漠砂和少量的水泥，制備沙漠砂自密實貧混凝土漿液，通過灌漿的方法來實現自密實，漿液凝固后具有較大的強度和空間剛度，可以徹底消除因壓實度不夠而誘發的不均勻沉降，更主要的沙漠砂貧混凝土凝固后具有很強的抗沖刷能力，這對電纜溝周邊的回填非常有利，可以徹底消除長期雨水沖刷而誘發的塌陷。

圖5 某電纜線溝槽的自密實回填試驗

4 結束語

通過本文的室內試驗和現場應用示范，主要結論有：

（1）沙漠砂自密實貧混凝土進行灌注回填后，其凝固后具有整體性和數倍于傳統壓實土的空間剛度，可消除傳統因不易夯實而引起的不均勻沉降；

（2）沙漠砂自密實貧混凝土凝固后強度數倍于傳統的壓實土，具有很強的抗沖刷能力，可以避免電纜溝周邊回填土因沖刷而誘發的塌陷；

（3）沙漠砂自密實貧混凝土回填可顯著提高回填速度，施工過程機械化程度高，可明顯降低工人勞動強度，縮短施工周期，具有較為明顯的綜合效益。