淺談變電站巖溶地基勘察設(shè)計與處理措施

王述祥

（內(nèi)江電力勘察設(shè)計院，四川 內(nèi)江 641000）

1 工況概述

某變電站擬建地質(zhì)所在的區(qū)域，其原始地貌為3級階地壟崗坡腳地形，總體比較平坦，起伏不大。在區(qū)域的北部是一篇魚塘，而且地勢相對比較平坦一些，現(xiàn)場地南部區(qū)域的中間位置略高一些，邊緣地區(qū)為低洼水田。該區(qū)域基巖分布以三迭系下中統(tǒng)灰?guī)r為主，巖層傾向北西方向，沒有斷層。從含水層特征、地下水埋藏情況來看，該區(qū)域地下水可包括兩種，即上部上層滯水與下部巖溶裂隙水。上層滯水主要蘊含在填土層之中，由大氣降水、地表水滲流補給之，通過蒸發(fā)、向低處逐漸滲透等方式進行排泄。該區(qū)域的地下水分布缺乏連續(xù)性，也沒有較為一致的自由水位、水量非常小。通過勘察測試可知，上層滯水水位在地面下大約0.5至3米范圍內(nèi)，因此對基槽開挖可能會產(chǎn)生一定的影響；在基礎(chǔ)施工過程中，應(yīng)當充分考慮排水與支護施工作業(yè)，因該地層水量不大，所以比較容易采取明排疏干的方式進行作業(yè)；對于下部的巖溶裂隙水而言，其主要蘊含在灰?guī)r之中，而且水量非常的大。據(jù)測量，巖層地下初見水位大約在7至14米范圍之內(nèi)，靜止水位埋深大約在1.6至2.1米范圍之內(nèi)，由此可見，巖溶裂隙水承壓性相對穩(wěn)定。

表1

表2

2 變電站巖溶地基勘察設(shè)計

對于上述變電站進行初步設(shè)計時，通過勘測發(fā)現(xiàn)其站址處于三迭系灰?guī)r區(qū)域，因此可能會出現(xiàn)巖溶塌陷現(xiàn)象。在利用地震影像、高密度電法對其進行深入物探勘察發(fā)現(xiàn)，場地上的基巖雖然有一定的起伏性，但卻沒有發(fā)現(xiàn)明顯的巖溶洞穴，地基巖土層指標如以下兩個圖表所示。

在對其可行性研究過程中，通過對很多個變電站站址綜合分析得出以下結(jié)論，即該變電站選址具有唯一性。為查清楚基巖表面所覆蓋的土層性質(zhì)、巖溶洞穴以及土洞實際位置、規(guī)模和埋深等信息，需要適當?shù)卣{(diào)整鉆探方案，尤其是綜合配電樓位置應(yīng)嚴格按照一柱一孔進行鉆探勘察。

綜合配電樓的南、北和西側(cè)位置，溶洞發(fā)育比較完全。此次勘察過程中，在綜合配電樓區(qū)域共布置了58個機鉆孔，其中22個發(fā)現(xiàn)存在溶洞分布。站址位置地質(zhì)巖溶情況如下：第一，表面溶溝溶槽分布在綜合配電樓及其構(gòu)架區(qū)域位置，而且基巖面的起伏性非常的大，巖芯相對比較破碎，存在著少量的半圓形巖芯橫截面，巖芯的表面有一些較為明顯的溶蝕性凹槽，配電樓北側(cè)有一條發(fā)育較好、深度超過十米的溶槽；第二，淺層溶洞穴埋深在20米范圍之內(nèi)，分布在配電樓的西側(cè)和西南側(cè)位置，而且西側(cè)溶洞中還充填著碎石粘性土，裂隙被方解石脈充填著，其巖芯非常的完整；第三，深層溶洞穴埋深超過20米，主要分布在配電樓的西南側(cè)位置，在26至37米位置發(fā)育成較大的溶洞，洞內(nèi)幾乎沒有充填物，底板6米之內(nèi)的巖芯非常的破碎。

通過以上勘察研究，該變電站的綜合配電樓應(yīng)當以三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為宜，而且單根柱腳的軸力在3000千牛左右，利用鋼筋混凝土筏板作為基礎(chǔ)，筏板厚度40厘米，沿著橫、縱軸線對肋梁進行布置，基礎(chǔ)持力層2.3層為粉質(zhì)粘土結(jié)構(gòu)，第五層為軟土，利用高壓噴射注漿法加固地基?？辈煸O(shè)計要求，處理后第五層承載能力應(yīng)當在150千帕以上，而且壓縮模量要超過7MPa。對于主變壓器而言，其采用的是鋼筋混凝土筏板作為基礎(chǔ)，每臺變壓器的重點大約在2400千牛；經(jīng)計算設(shè)計，地基的承載能力應(yīng)當滿足要求，而且筏板基礎(chǔ)沉降量不超過20毫米，最大值傾斜值為0.00058毫米，單獨的基礎(chǔ)沉降量最大不超過12. 8毫米。

3 變電站巖溶地基處理措施

實踐中可以看到，巖溶主要是由石灰?guī)r或者泥灰?guī)r經(jīng)長期受水溶蝕、及機械作用產(chǎn)生的，因巖溶地質(zhì)作用，最常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象是溶洞、塌陷、土洞以及溶溝等。容顏地基處理方法主要表現(xiàn)為以下幾種：

第一，溶洞處理。對于單層溶洞而言，其處理過程中應(yīng)當根據(jù)實際地質(zhì)資料進行處理，地基為單層溶洞，其頂板難以滿足荷載承載要求，需要對溶洞加固處理。對于重疊溶洞而言，在相對比較復(fù)雜的巖溶區(qū)，為滿足經(jīng)濟性、安全性以及穩(wěn)定性和可靠性之要求，應(yīng)當進行如下操作：因建筑荷載非常的大，支承點也在重疊溶洞之上，所以應(yīng)當與設(shè)計部門進行共同協(xié)商，對平面布置進行調(diào)整，對柱間距離進行重新設(shè)定，以便于避開重疊溶洞。結(jié)構(gòu)上應(yīng)當跨越溶洞，需注意重疊溶洞兩端巖石的牢固性。當溶洞中存在著松軟的土層和碎石塊等填充物時， 由于其非常的松軟、松散、下沉量大以及穩(wěn)定性差，因此必須采取有效的處理措施，方能作為變電站建筑地基。如果巖面溶蝕高差超過1米，或者巖溶洞平面尺寸超過1米，而且可溶巖層實際埋深超過8米?？筛鶕?jù)變電站實際需要做支承樁，同時挖孔樁在基巖與樁身連接的側(cè)面上要加打適量的嵌釘；若存在流塑狀粘性土體，而且采用護壁仍仍難保持斷面尺寸滿足要求，則應(yīng)當適當加大樁身的尺寸； 鉆孔樁進入到基巖以后，其深度應(yīng)當超過樁徑的五倍；如果實際值比該要求小，則應(yīng)當根據(jù)實際地質(zhì)資料實施驗算和加深操作。

第二，土洞處理。在變電站巖溶區(qū)域，土洞對變電站所產(chǎn)生的影響要大于溶洞的影響程度，究其原因，主要是因為土洞中的埋藏比較淺，而且分布也比較密實、發(fā)育較快，加之頂板強度非常的低，因此其危害性也非常的大。針對這一問題，可采取以下策略予以防范：

填墊法：該方法又可以分成充填、換填以及挖填和墊褥等幾類具體的方法。其中，充填法主要適合于裸露巖溶土洞附加荷載相對較小的情況。在其最底部位置，塊石和片石作為填料，其中部位置用的是碎石，而且上層用土、或者混凝土對其進行填塞，這樣可以確保地下水的流通性，從而形成反濾層。對于已經(jīng)被充填好了的巖溶土洞而言，如果充填物自身的力學性質(zhì)較差，則可采用換填法對其進行處理。首先要將洞中的所有充填物全部清除，用塊石、砂、片石和混凝土等施工材料，對其進行換填操作。對于淺埋巖溶土洞而言，應(yīng)當將其挖開，若洞中存在著塌陷松軟土層，則將其徹底的挖除干凈，再用塊石、砂和片石等， 填入其中，然后在其上面覆蓋上適量的粘性土，夯實之，此作業(yè)方式稱為挖填法。 該方法主要適用于那些輕型的建筑結(jié)構(gòu)，而且要對地下水的具體情況進行估計。 實踐中，為有效提高堵體整體性及其強度，塊石與片石等材料填入過程中，應(yīng)當適當?shù)刈⑷胍恍┧酀{液；而對其基礎(chǔ)下、較近溶洞和土洞內(nèi)，不僅要將洞中的軟土除盡，而且還要將鋼筋、廢鋼等打入到洞體裂隙位置，然后以混凝土填之。

加固法：所謂加固法，實際上有可以分為灌漿、頂柱、擠密、強夯以及漿砌等多種方法。對于埋深相對較大的一些巖溶土洞而言，建議選型密鉆灌漿法對其進行加固。實踐中，應(yīng)當根據(jù)巖溶洞隙自身的含水程度、處理目的等，對施工材料進行選擇和確定。在填塞過程中，應(yīng)當利用砂石、粘土以及混凝土和水泥砂漿等材料進行施工作業(yè)；防滲過程中，可利用水泥漿、瀝青等材料做成帷幕，其灌漿順序自外而內(nèi)，先對地下水進行上游處理然后在對下游進行處理；充填加固過程中，可利用快干材料、或者砂石等材料，將洞隙填塞，初時壓力要小一些，這樣可以避免漿料流出。巖溶塌陷灌漿操作過程中，應(yīng)當充分考慮灌漿塌陷處理過程中的頂部預(yù)留空間，一般以10至20厘米為宜。

第三，塌陷處理。當變電站巖溶地基出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象時，可采取如下治理方法。換填法：先將塌陷位置的松土徹底的清除掉，以塊石、砂石以及碎石等填之，并做成反濾層；在其上面覆上粘土并夯實之。跨越法：主要應(yīng)用在塌陷坑、土澗較深處，開挖回填過程中若存在著困難，則可采用該種處理方法。通常情況下，它是以梁板跨越為基礎(chǔ)，兩端支承在巖石和土體之上。強夯法：該方法是利用10至20噸重的夯錘，做自由落體運動，從而產(chǎn)生強烈沖擊力，以此將土體夯實。灌注法：該方法是將灌注材料經(jīng)鉆孔注漿，強化土層強度，對巖溶洞隙進行填充，并且將地下水流的通道隔斷。在此過程中，所應(yīng)用的主要灌注材料有水泥 、 砂石、礦渣以及水玻璃等，其灌漿方式以低壓間歇定量式為宜。

結(jié)語

本文所研究的變電站地基處理工程，在勘察中采用了鉆探方式，前期設(shè)計時以了解該區(qū)域地基覆蓋層、巖溶發(fā)育狀況為重。變電站選址過程中，應(yīng)當盡可能地避開巖溶發(fā)育區(qū)，若確實沒法避開，則應(yīng)當根據(jù)變電站內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的位置、場地內(nèi)的巖溶發(fā)育狀況，采用合理的方法對地基進行處理，以確保變電站能夠安全可靠地運行。

[1]王平.變電站巖溶地基處理技術(shù)研究[J].山西建筑，2011（14）.

[2]陳潔 孫景海. 我國巖溶塌陷預(yù)測研究現(xiàn)狀[J].中國水運，2009（09）.