浅谈变电站岩溶地基勘察设计与处理措施

2013-11-16王述祥

中国新技术新产品 2013年22期

王述祥

（内江电力勘察设计院，四川内江 641000）

1 工况概述

某变电站拟建地质所在的区域，其原始地貌为3级阶地垄岗坡脚地形，总体比较平坦，起伏不大。在区域的北部是一篇鱼塘，而且地势相对比较平坦一些，现场地南部区域的中间位置略高一些，边缘地区为低洼水田。该区域基岩分布以三迭系下中统灰岩为主，岩层倾向北西方向，没有断层。从含水层特征、地下水埋藏情况来看，该区域地下水可包括两种，即上部上层滞水与下部岩溶裂隙水。上层滞水主要蕴含在填土层之中，由大气降水、地表水渗流补给之，通过蒸发、向低处逐渐渗透等方式进行排泄。该区域的地下水分布缺乏连续性，也没有较为一致的自由水位、水量非常小。通过勘察测试可知，上层滞水水位在地面下大约0.5至3米范围内，因此对基槽开挖可能会产生一定的影响；在基础施工过程中，应当充分考虑排水与支护施工作业，因该地层水量不大，所以比较容易采取明排疏干的方式进行作业；对于下部的岩溶裂隙水而言，其主要蕴含在灰岩之中，而且水量非常的大。据测量，岩层地下初见水位大约在7至14米范围之内，静止水位埋深大约在1.6至2.1米范围之内，由此可见，岩溶裂隙水承压性相对稳定。

表1

表2

2 变电站岩溶地基勘察设计

对于上述变电站进行初步设计时，通过勘测发现其站址处于三迭系灰岩区域，因此可能会出现岩溶塌陷现象。在利用地震影像、高密度电法对其进行深入物探勘察发现，场地上的基岩虽然有一定的起伏性，但却没有发现明显的岩溶洞穴，地基岩土层指标如以下两个图表所示。

在对其可行性研究过程中，通过对很多个变电站站址综合分析得出以下结论，即该变电站选址具有唯一性。为查清楚基岩表面所覆盖的土层性质、岩溶洞穴以及土洞实际位置、规模和埋深等信息，需要适当地调整钻探方案，尤其是综合配电楼位置应严格按照一柱一孔进行钻探勘察。

综合配电楼的南、北和西侧位置，溶洞发育比较完全。此次勘察过程中，在综合配电楼区域共布置了58个机钻孔，其中22个发现存在溶洞分布。站址位置地质岩溶情况如下：第一，表面溶沟溶槽分布在综合配电楼及其构架区域位置，而且基岩面的起伏性非常的大，岩芯相对比较破碎，存在着少量的半圆形岩芯横截面，岩芯的表面有一些较为明显的溶蚀性凹槽，配电楼北侧有一条发育较好、深度超过十米的溶槽；第二，浅层溶洞穴埋深在20米范围之内，分布在配电楼的西侧和西南侧位置，而且西侧溶洞中还充填着碎石粘性土，裂隙被方解石脉充填着，其岩芯非常的完整；第三，深层溶洞穴埋深超过20米，主要分布在配电楼的西南侧位置，在26至37米位置发育成较大的溶洞，洞内几乎没有充填物，底板6米之内的岩芯非常的破碎。

通过以上勘察研究，该变电站的综合配电楼应当以三层钢筋混凝土结构为宜，而且单根柱脚的轴力在3000千牛左右，利用钢筋混凝土筏板作为基础，筏板厚度40厘米，沿着横、纵轴线对肋梁进行布置，基础持力层2.3层为粉质粘土结构，第五层为软土，利用高压喷射注浆法加固地基。勘察设计要求，处理后第五层承载能力应当在150千帕以上，而且压缩模量要超过7MPa。对于主变压器而言，其采用的是钢筋混凝土筏板作为基础，每台变压器的重点大约在2400千牛；经计算设计，地基的承载能力应当满足要求，而且筏板基础沉降量不超过20毫米，最大值倾斜值为0.00058毫米，单独的基础沉降量最大不超过12. 8毫米。

3 变电站岩溶地基处理措施

实践中可以看到，岩溶主要是由石灰岩或者泥灰岩经长期受水溶蚀、及机械作用产生的，因岩溶地质作用，最常见的不良地质现象是溶洞、塌陷、土洞以及溶沟等。容颜地基处理方法主要表现为以下几种：

第一，溶洞处理。对于单层溶洞而言，其处理过程中应当根据实际地质资料进行处理，地基为单层溶洞，其顶板难以满足荷载承载要求，需要对溶洞加固处理。对于重叠溶洞而言，在相对比较复杂的岩溶区，为满足经济性、安全性以及稳定性和可靠性之要求，应当进行如下操作：因建筑荷载非常的大，支承点也在重叠溶洞之上，所以应当与设计部门进行共同协商，对平面布置进行调整，对柱间距离进行重新设定，以便于避开重叠溶洞。结构上应当跨越溶洞，需注意重叠溶洞两端岩石的牢固性。当溶洞中存在着松软的土层和碎石块等填充物时，由于其非常的松软、松散、下沉量大以及稳定性差，因此必须采取有效的处理措施，方能作为变电站建筑地基。如果岩面溶蚀高差超过1米，或者岩溶洞平面尺寸超过1米，而且可溶岩层实际埋深超过8米。可根据变电站实际需要做支承桩，同时挖孔桩在基岩与桩身连接的侧面上要加打适量的嵌钉；若存在流塑状粘性土体，而且采用护壁仍仍难保持断面尺寸满足要求，则应当适当加大桩身的尺寸；钻孔桩进入到基岩以后，其深度应当超过桩径的五倍；如果实际值比该要求小，则应当根据实际地质资料实施验算和加深操作。

第二，土洞处理。在变电站岩溶区域，土洞对变电站所产生的影响要大于溶洞的影响程度，究其原因，主要是因为土洞中的埋藏比较浅，而且分布也比较密实、发育较快，加之顶板强度非常的低，因此其危害性也非常的大。针对这一问题，可采取以下策略予以防范：

填垫法：该方法又可以分成充填、换填以及挖填和垫褥等几类具体的方法。其中，充填法主要适合于裸露岩溶土洞附加荷载相对较小的情况。在其最底部位置，块石和片石作为填料，其中部位置用的是碎石，而且上层用土、或者混凝土对其进行填塞，这样可以确保地下水的流通性，从而形成反滤层。对于已经被充填好了的岩溶土洞而言，如果充填物自身的力学性质较差，则可采用换填法对其进行处理。首先要将洞中的所有充填物全部清除，用块石、砂、片石和混凝土等施工材料，对其进行换填操作。对于浅埋岩溶土洞而言，应当将其挖开，若洞中存在着塌陷松软土层，则将其彻底的挖除干净，再用块石、砂和片石等，填入其中，然后在其上面覆盖上适量的粘性土，夯实之，此作业方式称为挖填法。该方法主要适用于那些轻型的建筑结构，而且要对地下水的具体情况进行估计。实践中，为有效提高堵体整体性及其强度，块石与片石等材料填入过程中，应当适当地注入一些水泥浆液；而对其基础下、较近溶洞和土洞内，不仅要将洞中的软土除尽，而且还要将钢筋、废钢等打入到洞体裂隙位置，然后以混凝土填之。

加固法：所谓加固法，实际上有可以分为灌浆、顶柱、挤密、强夯以及浆砌等多种方法。对于埋深相对较大的一些岩溶土洞而言，建议选型密钻灌浆法对其进行加固。实践中，应当根据岩溶洞隙自身的含水程度、处理目的等，对施工材料进行选择和确定。在填塞过程中，应当利用砂石、粘土以及混凝土和水泥砂浆等材料进行施工作业；防渗过程中，可利用水泥浆、沥青等材料做成帷幕，其灌浆顺序自外而内，先对地下水进行上游处理然后在对下游进行处理；充填加固过程中，可利用快干材料、或者砂石等材料，将洞隙填塞，初时压力要小一些，这样可以避免浆料流出。岩溶塌陷灌浆操作过程中，应当充分考虑灌浆塌陷处理过程中的顶部预留空间，一般以10至20厘米为宜。

第三，塌陷处理。当变电站岩溶地基出现塌陷现象时，可采取如下治理方法。换填法：先将塌陷位置的松土彻底的清除掉，以块石、砂石以及碎石等填之，并做成反滤层；在其上面覆上粘土并夯实之。跨越法：主要应用在塌陷坑、土涧较深处，开挖回填过程中若存在着困难，则可采用该种处理方法。通常情况下，它是以梁板跨越为基础，两端支承在岩石和土体之上。强夯法：该方法是利用10至20吨重的夯锤，做自由落体运动，从而产生强烈冲击力，以此将土体夯实。灌注法：该方法是将灌注材料经钻孔注浆，强化土层强度，对岩溶洞隙进行填充，并且将地下水流的通道隔断。在此过程中，所应用的主要灌注材料有水泥、砂石、矿渣以及水玻璃等，其灌浆方式以低压间歇定量式为宜。