惠州某220 kV變電站復(fù)雜邊坡設(shè)計(jì)與分析

侯光榮

（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司 廣東佛山528200）

1 工程概述

惠州某220 kV 變電站經(jīng)過(guò)多站址比選并征求城市規(guī)劃部門(mén)的意見(jiàn)后，最終選址于惠州市河南岸鎮(zhèn)。場(chǎng)地地貌由丘間溝谷及較陡山地組成，北面原為楊洞坑水庫(kù)，現(xiàn)已廢棄為魚(yú)塘，西南面為平地，東面地勢(shì)較高，站址內(nèi)相對(duì)高差約65.30 m，變電站內(nèi)地形起伏很大。為了減少挖填方工程量和高邊坡的治理工程量，經(jīng)過(guò)常規(guī)方案、戶外GIS 方案、戶內(nèi)GIS 方案的綜合經(jīng)濟(jì)比較，戶內(nèi)GIS方案是比較經(jīng)濟(jì)的。

為了使戶內(nèi)GIS 布置方案各項(xiàng)指標(biāo)更優(yōu)，論證了不同場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高，不同出線方向，不同進(jìn)站道路入口及其各種組合后，認(rèn)為配電裝置樓平行于規(guī)劃道路布置，變壓器靠規(guī)劃道路一側(cè)布置，電纜均在遠(yuǎn)離規(guī)劃道路一側(cè)出站，且全站場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高為41 m高程的情況下，本變電站各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)，變電站總平面布置如圖1所示。

在總平面布置確定后，變電站挖方邊坡高度達(dá)38 m，填方邊坡厚度達(dá)22 m，均超出了《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330-2013》［1］的適用范圍，所以魚(yú)塘淤泥的處理、超高邊坡設(shè)計(jì)、深厚填土地基處理是本工程設(shè)計(jì)面臨的難題，下面按照施工的先后順序?qū)χ饕y題進(jìn)行分析論證。

圖1 總平面布置Fig.1 General Layout

2 魚(yú)塘淤泥的處理

變電站北面為廢棄的楊洞坑水庫(kù)，現(xiàn)為魚(yú)塘，根據(jù)補(bǔ)充鉆探的結(jié)果，魚(yú)塘水面底下，第1 層為1.2 m 厚素填土，第2 層為1.1～3.2 m 厚的粉質(zhì)粘土，第3 層為3.0 m厚的淤泥質(zhì)土，淤泥質(zhì)土的標(biāo)貫擊數(shù)為2擊，第4層為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。淤泥的具體分布范圍如圖2所示。

魚(yú)塘中淤泥位于填方邊坡的坡腳，如果不處理淤泥，則隨著填土的加厚，淤泥會(huì)逐漸固結(jié)而發(fā)生沉降，會(huì)導(dǎo)致邊坡下沉坡面開(kāi)裂，甚至導(dǎo)致滑坡，為保證邊坡和變電站的安全，淤泥必須處理。

圖2 淤泥分布范圍Fig.2 Distribution of Silt

淤泥處理一般可以利用水泥攪拌樁、碎石樁、高壓旋噴樁等增強(qiáng)體形成復(fù)合地基［2，3］，也可以挖出淤泥換填碎石等材料，也可以采用拋填塊石強(qiáng)夯置換法處理［4-6］，考慮到本站的魚(yú)塘地勢(shì)很低，淤泥的面積相對(duì)較小，同時(shí)本站要用強(qiáng)夯法處理填土，施工設(shè)備可以共用，所以決定采用拋填塊石強(qiáng)夯置換法處理淤泥。

具體施工過(guò)程如下：

⑴沿征地線外側(cè)填筑施工圍堰，抽干圍堰內(nèi)水。

⑵在圍堰與山體圍成的閉合范圍內(nèi)，滿鋪1.5 m厚的級(jí)配塊石。

⑶用能量3 000 kN·m、直徑2.4 m 的夯錘，間隔7 m 等邊三角形布點(diǎn)施工，形成2.8 m 直徑的置換墩，墩身長(zhǎng)約5～8 m，須穿透素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥層達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖層。

⑷施工的順序是先內(nèi)后外，要求累計(jì)夯沉量達(dá)到設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)的1.5～2.0倍，且最后2擊的平均夯沉量不大于50 mm。

⑸繼續(xù)在前面已經(jīng)形成的置換墩中間位置用同樣的方法施工，形成全部置換墩。

⑹然后推平場(chǎng)地，再用1 000 kN·m的能量滿夯。

⑺最后表面分層碾壓鋪填600 mm 的碎石墊層完成施工。

⑻用標(biāo)貫和靜載進(jìn)行復(fù)合地基檢驗(yàn)，要求復(fù)合地基承載力達(dá)到180 kPa。

⑼復(fù)合地基檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行上部填土施工。

3 填方邊坡設(shè)計(jì)

變電站北面魚(yú)塘中的軟基已經(jīng)采用強(qiáng)夯置換法處理并檢驗(yàn)合格。變電站站內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高到魚(yú)塘底最大高差為22 m，填方邊坡安全等級(jí)為二級(jí)。

⑴根據(jù)規(guī)范和其他工程經(jīng)驗(yàn)，初步確定邊坡坡比為1∶1.75，第一、二級(jí)（自上而下）坡高為8 m，坡面采用漿砌石網(wǎng)格植草護(hù)坡。第三級(jí)坡高為6 m，坡面滿鋪400 mm 漿砌石護(hù)坡。第一、二級(jí)邊坡之間設(shè)3.0 m寬的馬道，第二、三級(jí)邊坡之間設(shè)2.5 m 寬?cǎi)R道，邊坡斷面如圖3所示。

圖3 填方邊坡斷面Fig.3 Section of Fill Slope

⑵第三級(jí)坡體下半部位于魚(yú)塘中，參考水利工程中土壩排水棱體的做法［7］，將第三級(jí)坡體全部用級(jí)配碎石填筑，要求壓實(shí)系數(shù)不小于0.94。設(shè)置排水棱體的好處是魚(yú)塘水位漲落都不會(huì)破壞邊坡坡腳；另一個(gè)作用是填方邊坡中下滲的雨水可以及時(shí)排出，不影響邊坡的穩(wěn)定性；排水棱體也可以起到過(guò)濾作用，防止填方邊坡中細(xì)顆粒土的流失，可以更好的保證邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

⑶設(shè)計(jì)時(shí)填方邊坡未施工，不可能知道填土的力學(xué)參數(shù)c和φ值，只能根據(jù)填土的組成和填土處理的方法，參考其它工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬定c=16 kPa、φ=19°，然后利用理正軟件和GeoStudio 軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.323和1.307，均滿足規(guī)范要求。

4 填方邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)證

為了保證邊坡的穩(wěn)定和滿足坡頂建筑物的承載力和沉降要求，填土的地基處理采用分層填土碾壓及分層強(qiáng)夯的地基處理方法［8］。

填土必須按虛鋪500 mm 一層分層碾壓施工，邊坡部分的壓實(shí)系數(shù)不小于0.94，其他部分不小于0.92，要逐層檢驗(yàn)壓實(shí)系數(shù)，滿足要求后方可繼續(xù)上部填土。

本站填土邊坡深度為22 m，按照從下往上的順序，并結(jié)合邊坡分級(jí)的高度，當(dāng)填土厚度分別達(dá)到6 m、10 m、14 m、18 m、22 m時(shí)采用2 000 kN·m的能量進(jìn)行強(qiáng)夯。

每層強(qiáng)夯結(jié)束后，間隔10 d再進(jìn)行地基承載力檢驗(yàn)，要求處理后填土的承載力特征值達(dá)到180 kPa，同時(shí)為了驗(yàn)證填方邊坡的穩(wěn)定性，需采用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)測(cè)定填土的實(shí)際c和φ值。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告［9］，填土承載力均達(dá)到180 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。四組現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)測(cè)定值的平均值分別為c=18 kPa、φ=31°，再利用理正軟件和GeoStu?dio 軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算，邊坡穩(wěn)定系數(shù)K分別1.45 和1.38，均達(dá)到了一級(jí)邊坡規(guī)范要求的安全系數(shù)。

5 挖方邊坡的設(shè)計(jì)

本變電站最大挖方邊坡高度38 m，自上而下土層構(gòu)成為粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖，根據(jù)巖土勘察報(bào)告，該邊坡中不存在軟弱夾層，不存在順層滑坡可能，粉質(zhì)粘土的c=22 kPa、φ=28°，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的c=25 kPa、φ=35°，中風(fēng)化粉砂巖的c=300 kPa、φ=35°。

參照規(guī)范和其他工程經(jīng)驗(yàn)［10］，并確保邊坡用地不超征地線的前提下，初步擬定邊坡坡比為1∶1.25，第一、二、三級(jí)（自下而上）坡高為10 m，第四級(jí)坡高為8 m。每級(jí)邊坡之間設(shè)2.5 m 寬的馬道（見(jiàn)圖4）。邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。

由于坡體土質(zhì)構(gòu)成比較好，先不設(shè)錨桿或錨索的情況下，利用理正軟件和GeoStudio 軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.21 和1.15，達(dá)不到一級(jí)邊坡規(guī)范要求的穩(wěn)定系數(shù)。

再按2.5 m×2.5 m 間距在第一、二、三級(jí)坡體中增設(shè)φ28的鋼筋錨桿，第四級(jí)自然放坡。再利用理正軟件和GeoStudio軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，通過(guò)反復(fù)調(diào)整錨桿長(zhǎng)度，最終確定錨桿的長(zhǎng)度有8 m、12 m、15 m三種，具體布置如圖4所示。邊坡最終的穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.45、1.38，均大于一級(jí)邊坡規(guī)范要求的安全系數(shù)。坡面采用鋼筋混凝土格構(gòu)梁+生態(tài)袋護(hù)坡。

圖4 挖方邊坡斷面Fig.4 Section of Excavation Slope

6 邊坡監(jiān)測(cè)

本變電站挖方邊坡高38 m，安全等級(jí)為一級(jí)，填方邊坡深度22 m，安全等級(jí)為二級(jí)，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》的要求，均須進(jìn)行邊坡水平位移、豎向位移、錨桿拉力等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)工作。從施工開(kāi)始到投產(chǎn)后2年，總共連續(xù)4年監(jiān)測(cè)了相關(guān)內(nèi)容，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，所以本變電站高邊坡設(shè)計(jì)是成功的。

7 結(jié)論

本變電站站址地形高差大，地形構(gòu)成元素復(fù)雜在電網(wǎng)工程建設(shè)中都是不多見(jiàn)的。為了經(jīng)濟(jì)首先從變電站的布置形式進(jìn)行大方案的比選論證，然后結(jié)合地形、電纜出線方向、站址標(biāo)高等進(jìn)行方案的再優(yōu)化，最大限度的減少了高邊坡和地基處理的工程量。本站無(wú)論是挖方邊坡高度還是填方邊坡深度都超出了文獻(xiàn)［1］的適用范圍，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，本變電站已經(jīng)投產(chǎn)4年，經(jīng)過(guò)對(duì)邊坡和地基變形的觀測(cè)，變形指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，保證了變電站的安全運(yùn)行，特別是結(jié)合深厚填土的處理方法選用拋石強(qiáng)夯置換法處理魚(yú)塘淤泥，利用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了填土邊坡的安全度，是值得同行在類似工程中借鑒的。