碾压沙漠砂贫混凝土治理变电站地基塌陷*

2021-10-14王宏涛杨宝平康亚明

铜业工程 2021年4期

王宏涛，杨宝平，杜伊，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

变电站各种支架基础、变电站主变压器基础、屋外配电装置构支架及基础和户外 GIS 设备等基础在回填后，随着时间的推移，这些基础周边的回填土由于空间小等原因不宜夯实，导致基础的沉降和回填土的沉降不一致，从而出现了不均匀沉降等问题，另外，电缆沟周边回填土由于雨水长年累月的冲刷，出现了回填的压实土被冲刷而出现了塌陷，以上这些问题并非是设计的不合理，而是传统回填方法和回填材料就决定了这些问题是不可避免的，针对这一问题，本文依托贺兰山750kV变电站塌陷治理，尝试用沙漠砂贫混凝土，采用碾压夯实的方法进行回填治理，一方面沙漠砂贫混凝土的强度来源主要是水泥固化后的胶结力，而非传统压实土挤密后的粘结力，故压实度的差异并不主导最终强度，另外，固化后的沙漠砂贫混凝土具有很强的抗冲刷能力，彻底避免了电缆沟周围雨水冲刷而诱发的塌陷。

2 碾压沙漠砂贫混凝土的制备技术

2.1 配合比设计

一般对贫混凝土定义为每方水泥含量不超过200kg，也常称之为经济性混凝土。在满足技术指标的前提下，这里设计3种配合比，砂灰比分别为10∶1、10∶1.5和10∶2。前期现场勘查发现，该变电站出现的塌陷和不均匀沉降，并非是变电站建设时设计和施工的不合理，而是传统的回填工艺对狭小空间无法夯实，导致了不均匀沉降的出现；电缆沟附近的孔洞是雨水长年累月的冲刷造成的，这是常规回填压实土抗冲刷能力差所决定的。

2.2 标准试块的制作

本试验中沙漠砂为贺兰山变电站厂区周边干净的风积沙，因为现场的沉降绝大多数为独立基础周边的不均匀沉降，勘查现场后决定采用沙漠砂贫混凝土碾压夯实处理方案，故按上述预设的配合比，在钢模具中采用夯实的方法制备了4组试块，48h后脱模，脱模后置于标准养护箱中养护28d［1-3］。

图2 试块的标准养护

2.3 基本物理力学参数

试块养护28d后取出烘干，烘箱设置为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 碾压沙漠砂贫混凝土的基本物理力学特性

从表1可以看出，碾压沙漠砂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，这说明随着水泥含量提高其密实度也有所增加；

（2）与传统的普通混凝土相比，碾压沙漠砂贫混凝土每方水泥含量控制在200kg以内，可以取得较好的经济性和技术指标；

（3）从单轴抗压强度角度出发，该贫混凝土可定性为（极）软岩一类，从刚度参数也即抵抗变形的角度，该贫混凝土可归入硬土一类［4-6］；

（4）考虑到技术因素和经济因素，本次现场试验采用沙灰比为10∶1.5即可，既保证了强度和刚度，也兼顾了经济性。

2.4 碾压沙漠砂贫混凝土的应力-应变曲线

碾压沙漠砂混凝土贫混凝土的强度来源于两个方面，一部分来自颗粒挤密压实形成的粘聚力，另一部分来自于水泥固化后形成的胶结力，因为砂颗粒之间的粘结力比传统的压实土小得多，故碾压沙漠砂贫混凝土的强度以水泥固化后的胶结力占主导作用，而由于水泥掺量较小，故其强度和刚度参数乃至应力-应变曲线，都与传统的普通混凝土有显著差异，这里给出四种不同砂灰比时的应力-应变曲线。

从图3可以看出，随着水泥掺入量的提高，试块的强度也随之提高，考虑到变电站运行过程中可能受到的移动荷载，选取沙灰比为10∶1.5就可以满足要求，并且从经济性角度也较为适宜。

图3 不同沙灰比时的应力-应变全过程曲线

3 现场工程试验

贺兰山750kV变电站作为宁夏大坝电厂三期2×60万kW机组电能输送的桥梁，是宁夏750kV主网架结构组成之一，承担了宁夏大坝电厂2×60万kW电能的送出和消纳。变电站建成后的运行后局部出现了不均匀沉降和塌陷，影响检修车辆的运行，典型的塌陷病害如图4所示。

经过实地勘察，针对这些典型的变电站塌陷病害，分析后一致结论认为，如果依然沿用传统的灰土夯实，那么局部狭小空间依然无法夯实，而电缆沟等沟槽周边常存在雨水的冲刷，那么要想彻底解决这些问题，必须改变传统灰土，也就是要加入水泥制备贫混凝土，贫混凝土的强度主要是固化后的胶结力，而不是靠挤密得到的粘结力，另外，贫混凝土具有很强的抗冲刷能力，这对于长期受雨水冲刷的沟槽周边的回填，将是一次彻底的治理。