碾壓沙漠砂貧混凝土治理變電站地基塌陷*

王宏濤，楊寶平，杜 伊，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

變電站各種支架基礎、變電站主變壓器基礎、屋外配電裝置構支架及基礎和戶外 GIS 設備等基礎在回填后，隨著時間的推移，這些基礎周邊的回填土由于空間小等原因不宜夯實，導致基礎的沉降和回填土的沉降不一致，從而出現了不均勻沉降等問題，另外，電纜溝周邊回填土由于雨水長年累月的沖刷，出現了回填的壓實土被沖刷而出現了塌陷，以上這些問題并非是設計的不合理，而是傳統回填方法和回填材料就決定了這些問題是不可避免的，針對這一問題，本文依托賀蘭山750kV變電站塌陷治理，嘗試用沙漠砂貧混凝土，采用碾壓夯實的方法進行回填治理，一方面沙漠砂貧混凝土的強度來源主要是水泥固化后的膠結力，而非傳統壓實土擠密后的粘結力，故壓實度的差異并不主導最終強度，另外，固化后的沙漠砂貧混凝土具有很強的抗沖刷能力，徹底避免了電纜溝周圍雨水沖刷而誘發的塌陷。

2 碾壓沙漠砂貧混凝土的制備技術

2.1 配合比設計

一般對貧混凝土定義為每方水泥含量不超過200kg，也常稱之為經濟性混凝土。在滿足技術指標的前提下，這里設計3種配合比，砂灰比分別為10∶1、10∶1.5和10∶2。前期現場勘查發現，該變電站出現的塌陷和不均勻沉降，并非是變電站建設時設計和施工的不合理，而是傳統的回填工藝對狹小空間無法夯實，導致了不均勻沉降的出現；電纜溝附近的孔洞是雨水長年累月的沖刷造成的，這是常規回填壓實土抗沖刷能力差所決定的。

2.2 標準試塊的制作

本試驗中沙漠砂為賀蘭山變電站廠區周邊干凈的風積沙，因為現場的沉降絕大多數為獨立基礎周邊的不均勻沉降，勘查現場后決定采用沙漠砂貧混凝土碾壓夯實處理方案，故按上述預設的配合比，在鋼模具中采用夯實的方法制備了4組試塊，48h后脫模，脫模后置于標準養護箱中養護28d［1-3］。

圖2 試塊的標準養護

2.3 基本物理力學參數

試塊養護28d后取出烘干，烘箱設置為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 碾壓沙漠砂貧混凝土的基本物理力學特性

從表1可以看出，碾壓沙漠砂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，這說明隨著水泥含量提高其密實度也有所增加；

（2）與傳統的普通混凝土相比，碾壓沙漠砂貧混凝土每方水泥含量控制在200kg以內，可以取得較好的經濟性和技術指標；

（3）從單軸抗壓強度角度出發，該貧混凝土可定性為（極）軟巖一類，從剛度參數也即抵抗變形的角度，該貧混凝土可歸入硬土一類［4-6］；

（4）考慮到技術因素和經濟因素，本次現場試驗采用沙灰比為10∶1.5即可，既保證了強度和剛度，也兼顧了經濟性。

2.4 碾壓沙漠砂貧混凝土的應力-應變曲線

碾壓沙漠砂混凝土貧混凝土的強度來源于兩個方面，一部分來自顆粒擠密壓實形成的粘聚力，另一部分來自于水泥固化后形成的膠結力，因為砂顆粒之間的粘結力比傳統的壓實土小得多，故碾壓沙漠砂貧混凝土的強度以水泥固化后的膠結力占主導作用，而由于水泥摻量較小，故其強度和剛度參數乃至應力-應變曲線，都與傳統的普通混凝土有顯著差異，這里給出四種不同砂灰比時的應力-應變曲線。

從圖3可以看出，隨著水泥摻入量的提高，試塊的強度也隨之提高，考慮到變電站運行過程中可能受到的移動荷載，選取沙灰比為10∶1.5就可以滿足要求，并且從經濟性角度也較為適宜。

圖3 不同沙灰比時的應力-應變全過程曲線

3 現場工程試驗

賀蘭山750kV變電站作為寧夏大壩電廠三期2×60萬kW機組電能輸送的橋梁，是寧夏750kV主網架結構組成之一，承擔了寧夏大壩電廠2×60萬kW電能的送出和消納。變電站建成后的運行后局部出現了不均勻沉降和塌陷，影響檢修車輛的運行，典型的塌陷病害如圖4所示。

經過實地勘察，針對這些典型的變電站塌陷病害，分析后一致結論認為，如果依然沿用傳統的灰土夯實，那么局部狹小空間依然無法夯實，而電纜溝等溝槽周邊常存在雨水的沖刷，那么要想徹底解決這些問題，必須改變傳統灰土，也就是要加入水泥制備貧混凝土，貧混凝土的強度主要是固化后的膠結力，而不是靠擠密得到的粘結力，另外，貧混凝土具有很強的抗沖刷能力，這對于長期受雨水沖刷的溝槽周邊的回填，將是一次徹底的治理。

4 結束語

（1）變電站地基病害主要是不均勻沉降和溝槽或管廊周邊的塌陷，其成因非前期設計或施工原因，而是傳統材料和工藝的缺陷所致；

（2）沙漠砂貧混凝土的強度來源是固化后的膠結力，股壓實度不決定其最終強度，這對于狹小空間不宜夯實區域具有重要意義；

（3）對于管廊或溝槽附近容易受雨水沖刷部位，采用沙漠砂貧混凝土可以徹底解決沖刷而誘發的塌陷問題，從根本上解決了常規壓實土容易受沖刷的缺點。