沙漠砂贫混凝土在变电站塌陷治理中的应用*

2021-08-25杨宝平王宏涛康亚明

铜业工程 2021年3期

杜伊，杨宝平，王宏涛，康亚明

（1. 宁夏超高压电力工程有限公司，宁夏银川 750001; 2.宁夏跃元工程有限公司，宁夏固原 750000; 3.北方民族大学机电工程学院，宁夏银川 750021）

1 引言

变电站在建设和后期运行过程中，常伴有独立基础或电缆沟周边塌陷、不均匀沉降等问题，这些问题并非是事前设计的不合理，而是传统的回填方法无法夯实，且传统的施工方法施工速度慢、劳动强度高、综合效率低。后期维护过程中变电站又处于带电状态，常规的带电设备在维修过程中存在隐患。针对这种现状，本文提出一种新的施工思路，也就是对这些不具备夯实的狭小空间采用灌浆的方式回填，浆液为沙漠砂贫混凝土，在适宜的水灰比下可以实现自密实。为了消除变电站内带电作业可能引起的潜在放电风险，将沙漠砂贫混凝土浆液制备设备放置在变电站外，将制备浆液用泥浆泵通过管道输送到上述坑道中，借助于其自密实特性，可以避免因压实度不够而引起的回填质量无法保证等问题，降低了场内带电设备作用时放电风险，降低了后期维护费用，提高了施工速度，降低了劳动强度，提高了综合效益。

2 沙漠砂自密实贫混凝土的制备技术

2.1 配合比设计

贫混凝土是指用较少量水泥的混凝土，一般每方水泥含量为100~200kg，故又称之为经济性混凝土［1-4］。兼顾技术参数和经济指标，本次配合比给出四种配合比，也即沙灰比分别为11∶1.5、11∶2.5和11∶3。水泥掺量的高低对强度有直接影响，但是对于基坑、电缆沟、管廊等的回填，决定回填效果的并非是强度不足，而是压实度不够引起的不均匀沉降，故掺入少量水泥即可满足强度要求。

2.2 标准试块的制作

本试验中沙漠砂为毛乌素沙漠边缘的沙漠沙，该沙漠沙中泛红，是因含有风化后的红粘土。按照上述配合比，分别制作了一批试块，48h后脱模，脱模后置于标准养护箱中养护28d［5-6］。见图1、图2。

图1 不同配合比沙漠砂自密实贫混凝土试块的制作

图2 试块的标准养护

2.3 基本物理力学参数

养护好的试块在烘箱中70℃烘干48h后称重，若2h内质量无变化，认为已经烘干。然后称重测出其干密度，并置于水中饱和48h后测其饱水质量，换算出其体积和质量含水率；利用力学试验机分别测出干燥和饱和时的单轴抗压强度，这些基础数据汇总后如下表1所示。

表1 自密实沙漠砂贫混凝土的基本物理力学特性

从表1可以看出，沙漠砂自密实贫混凝土有以下几个特征：

（1）随着水泥含量的增大，干密度随之增大，吸水率随之下降，这是水泥含量增加而密实度提高的表现；

（2）水泥含量增加虽然强度有所提高，但材料成本也随之增加，根据本次实验和现场压实土的要求，沙灰比控制在11∶2.5以内即可，既考虑了技术指标，又考虑了经济指标。

2.4 沙漠砂自密实贫混凝土试块的应力-应变曲线

沙漠砂贫混凝土“有混凝土之名，而无混凝土之实”，“有名”是制备方法与后期养护与普通混凝土相似，“无实”是其强度、刚度和孔隙特征以及吸水率等与普通混凝土截然不同，其力学特征介于软岩和硬土之间［7-8］，这里给出几种沙灰比时的应力-应变曲线，见图3。

从图3可以看出，随着沙灰比的增大，水泥含量增大后除了贫混凝土强度的提高，峰值后应变下降的斜率开始增加，表示脆性开始增大。

图3 不同沙灰比时的应力-应变全过程曲线

3 现场工程应用

月牙湖330kV变电站工程是2005年宁夏电力公司重点建设的项目，它的建成对宁东火电基地负荷供电和宁夏电网220kV、330kV电网联络具有重要价值，其地理位置处于毛乌素沙区内，该沙区主要位于鄂尔多斯高原与黄土高原之间的湖积冲积平原凹地上。各种第四系沉积物均具明显沙性，松散沙层经风力搬运，形成易动流沙，给公司在施工技术上带来了很大程度的考验。整个基坑内全部为细干沙，流动性极强，基坑开挖时边挖边坍，基坑不易成型。

变电站建成后的十余年里，独立基础由于空间狭小而无法夯实，故因回填土压实度不够而出现了不均匀沉降。另外，电缆沟附近的回填土土在雨水的长期冲刷下，因回填土的流失而出现明显的塌陷。现场的相关照片如图4所示。

图4 纵横交错的电缆线沟槽

针对这些问题和病害，若用传统的回填方法再次夯实回填，若干年后还会出现类似的问题。为此，本文经过实地考察后尝试就地取材，用变电站内的沙漠砂和少量的水泥，制备沙漠砂自密实贫混凝土浆液，通过灌浆的方法来实现自密实，浆液凝固后具有较大的强度和空间刚度，可以彻底消除因压实度不够而诱发的不均匀沉降，更主要的沙漠砂贫混凝土凝固后具有很强的抗冲刷能力，这对电缆沟周边的回填非常有利，可以彻底消除长期雨水冲刷而诱发的塌陷。