某變電站溶洞地基加固措施分析研究

盛學慶 陳佳慧

摘要：隨著國民生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，我國輸變電工程的發(fā)展極為迅速。而因規(guī)劃用地所限，輸變電工程在選址時難免經(jīng)過或者接近巖溶溶洞。由于巖溶作用，建（構(gòu)）筑物地基中廣泛分布著有對地基具有較大不利影響的溶洞，會造成地面塌陷、不均勻沉降等不利影響，因此溶洞地基的加固對于結(jié)構(gòu)地基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全具有重要的作用。下面將結(jié)合杭州市某變電站溶洞地基加固施工實踐，通過理論研究、軟件建模、模擬實驗和實踐考察等途徑進行了研究和探討，且基于工程相關(guān)驗收結(jié)果和沉降觀測結(jié)果進一步驗證了加固方法的可行性。研究結(jié)果可為類似巖溶地區(qū)變電工程基礎(chǔ)設(shè)計及施工提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：溶洞地基;灌漿加固;變電工程

中圖分類號：TM63;TU449 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）01-0179-04

0引言

作為一種典型的土洞，巖溶溶洞是造成土層塌陷的主要元兇。而一旦出現(xiàn)此類病害，往往會導(dǎo)致房屋及其配套設(shè)施的損毀，從而造成大規(guī)模的事故。而隨著國民生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，我國輸變電工程的發(fā)展極為迅速。而因規(guī)劃用地所限，輸變電工程在選址時難免經(jīng)過或者接近巖溶溶洞。我國的可溶巖分布面積達3.65x 106km²，占國土面積的1/3，是世界上巖溶最發(fā)育的國家之一。在巖溶區(qū)，由于巖溶作用，建（構(gòu)）筑物地基中廣泛分布著有對地基具有較大不利影響的溶洞，會造成地面塌陷、不均勻沉降等不利影響，因此對溶洞地基的加固可提高土體的強度和土體的側(cè)向抗力以保證臨近結(jié)構(gòu)不會發(fā)生超過允許的位移，對于結(jié)構(gòu)地基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全具有重要的作用。而我國的輸變電工程作為最重要的民生工程之一，一旦出現(xiàn)上述事故，必然造成巨大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響，因此必須確保施工安全和使用安全。

現(xiàn)階段我國國內(nèi)和國際上的相關(guān)科技人才都在不斷研究溶洞地基的加固措施，并取得了一定的成果，在理論研究和實踐應(yīng)用等方面都有所建樹。當前國內(nèi)主要采用的辦法有清爆換填、灌漿處理（旋噴樁）、梁板跨越、調(diào)整柱樁、合理疏排地表水及地下水等。其中，灌漿加固的處理方法由于具有施工方便、造價低等優(yōu)點而被廣泛采用。以此為出發(fā)點，本文結(jié)合杭州市某變電站溶洞地基加固施工實踐，通過理論研究、軟件建模、模擬實驗和實踐考察等途徑進行了研究和探討，且基于工相關(guān)驗收結(jié)果和沉降觀測結(jié)果進一步驗證了加固方法的可行性。研究結(jié)果可為類似巖溶地區(qū)變電工程基礎(chǔ)設(shè)計及施工提供一定的參考依據(jù)。

1工程概況

杭州某變電站工程位于富陽區(qū)場口鎮(zhèn)周邊，靠近百丈畈4號路與百丈畈8號路交叉口，處于長深高速路旁，場區(qū)范圍內(nèi)主要以荒地為主。本工程東側(cè)毗鄰長深高速，北側(cè)毗鄰烏疇村、富陽康華制藥機械有限公司。變電站主要由配電裝置樓、消防砂箱、事故油池等組成，其中配電裝置樓地上面積1871.1m²，地下面積58.9m²，高度18.9m，三層框架結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，天然地基，如圖1所示。但由于基礎(chǔ)底部泥質(zhì)灰?guī)r存在溶洞，影響到上部結(jié)構(gòu)安全，須對場地范圍內(nèi)的溶洞進行加固處理。

2場地地質(zhì)條件

場區(qū)完成鉆孔9個，其中4個鉆孑L內(nèi)揭露溶洞。溶洞主要為充填、無充填兩種狀態(tài)，其中3個鉆孔內(nèi)溶洞以礫砂及細砂充填，1個鉆孔內(nèi)無充填物，揭露溶洞洞徑為0.60—3.60m，層頂埋深1.10—5.20m，層頂標高22.62～27.68m。其中1個鉆孔內(nèi)揭露溶洞為2個溶洞呈串珠狀，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）中規(guī)定，場區(qū)遇洞率大于30%，但局部有串珠狀豎向溶洞發(fā)育深度未達20m以上，故綜合判定本場區(qū)巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育。

3溶洞加固方案

3.1設(shè)計原則

3.1.1安全可靠

本場地潛在的巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患對變電站內(nèi)建（構(gòu)）筑物的正常運行造成了嚴重威脅，必須徹底消除該區(qū)潛在的地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患，保障電網(wǎng)安全運行。

3.1.2技術(shù)可行

治理區(qū)下伏寒武系楊柳崗組（E2y）泥質(zhì)灰?guī)r中發(fā)育有大小、形態(tài)不一的溶洞，溶洞處于充填、無充填兩種狀態(tài)，通過對巖溶區(qū)域注漿治理后，一是填充溶洞中的空洞和裂隙，消除上部土體下沉產(chǎn)生變形坍塌所需的空間，二是注漿后阻止地下水滲人或減弱地下水流動路徑，避免水體對溶洞上部第四系覆蓋土層的軟化和侵蝕作用。因此，注漿治理可有效地減小地表變形，防止水體滲透引起的土體塌陷，避免巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。目前，注漿技術(shù)在國內(nèi)外針對地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的治理效果較為良好，且施工質(zhì)量可控制性強。因此，對該工程治理區(qū)地下巖溶區(qū)域進行注漿治理是可行的。

3.1.3經(jīng)濟合理

在安全可靠、技術(shù)可行的基礎(chǔ)上，選擇合適的注漿方案，進而降低施工成本，做到經(jīng)濟合理。

3.2加固方案的比較與確定

3.2.1加固方案的選擇

對于巖溶地面塌陷治理工程，主要方法有清除填堵法、跨越法、注漿法等。填堵法和跨越法一般適用于單個淺層或開口型不穩(wěn)定巖溶，不適合本工程場地。對于埋深較大的巖溶區(qū)，注漿法最為常用，且技術(shù)較為成熟，施工質(zhì)量可控性強。注漿方案的選擇需要全方面考慮是否滿足技術(shù)要求，是否造成自然環(huán)境污染或危害人體健康，以及材料的選擇可否降低工程造價的經(jīng)濟因素。

3.2.2加固范圍及深度

加固范圍：加固范圍為站址用地紅線內(nèi)區(qū)域，總面積約2560m²。

加固深度：加固深度至中風化基巖以下5.5m，且超過溶洞底2m。如圖2所示。

3.3注漿孔布置及施工次序

3.3.1注漿孔布置原則

在配電裝置樓等主要建筑物范圍內(nèi)注漿孔縱橫向間距2.5m，正方形布置;其他范圍內(nèi)注漿孔縱橫向間距3.5m，正方形布置（如圖3）。若遇前期勘察的施工鉆孔，則利用該勘察鉆探孔，但對前期勘察鉆孔未達到設(shè)計治理深度的，則繼續(xù)鉆探至治理深度。本次共布置巖溶注漿孔316個，總鉆探進尺2528m。注漿孔的孔深按進人中風化基巖以下5.5m，且超過溶洞底2m控制。但由于治理區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層厚度變化較大，因此，注漿孔施工過程中揭露的地層情況可能與勘察報告有一定差異，實際孔深應(yīng)根據(jù)鉆孑L揭露情況，由施工和設(shè)計共同商定。

3.3.2施工次序

因治理區(qū)地下巖溶中等發(fā)育，溶洞裂隙可能相互貫通聯(lián)系，為更好地控制注漿量，防止?jié){液過多流失，應(yīng)按照“先外圍后中部”的原則進行注漿施工。同時，注漿施工應(yīng)遵循“探灌結(jié)合”的信息化施工原則，根據(jù)探察和施工所揭示的地質(zhì)特征，動態(tài)調(diào)整注漿范圍、參數(shù)和工藝。

4溶洞地基加固質(zhì)量管理要點

1）制定嚴密的溶洞地基加固施工組織架構(gòu)和施工計劃，嚴格管理，分工協(xié)作，確保治理工程進度和質(zhì)量目標。

2）做好溶洞地基加固施工的前期準備工作。在施工組織方面，編制施工總體計劃并細化相關(guān)節(jié)點，且做好勞動力調(diào)配計劃;在物資方面，做好相應(yīng)施工材料和機具設(shè)備的采購、租賃等安排;在技術(shù)方面，做好圖紙會審，掌握設(shè)計意圖，并編制科學合理的施工方案和作業(yè)指導(dǎo)書。

3）對注漿原材料進行嚴格審查，保證施工原材料質(zhì)量，防止出現(xiàn)工程質(zhì)量問題。

4）在治理單位主要負責人的調(diào)配和安排中，通過各參建單位的通力協(xié)作和交叉流水作業(yè)，盡量縮短工期，以保障施工工期節(jié)點目標。

5結(jié)語

綜上所述，建設(shè)場地受復(fù)雜地域、不良地質(zhì)的影響很大，溶洞地區(qū)更是對上部結(jié)構(gòu)安全造成較大影響，地基基礎(chǔ)設(shè)計須加以慎重考慮。結(jié)合上述工程實踐，筆者認為采取注漿加固是目前應(yīng)對類似溶洞造成變電站建（構(gòu)）筑物不良地質(zhì)問題較為有效、經(jīng)濟、合理的技術(shù)措施，它能夠滿足建（構(gòu)）筑物對地基承載力及變形控制的要求，確保了上部結(jié)構(gòu)安全。