沙漠砂貧混凝土在變電站塌陷治理中的應(yīng)用*

杜 伊，楊寶平，王宏濤，康亞明

（1. 寧夏超高壓電力工程有限公司，寧夏 銀川 750001; 2.寧夏躍元工程有限公司，寧夏 固原 750000; 3.北方民族大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

1 引言

變電站在建設(shè)和后期運(yùn)行過程中，常伴有獨(dú)立基礎(chǔ)或電纜溝周邊塌陷、不均勻沉降等問題，這些問題并非是事前設(shè)計(jì)的不合理，而是傳統(tǒng)的回填方法無法夯實(shí)，且傳統(tǒng)的施工方法施工速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度高、綜合效率低。后期維護(hù)過程中變電站又處于帶電狀態(tài)，常規(guī)的帶電設(shè)備在維修過程中存在隱患。針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文提出一種新的施工思路，也就是對(duì)這些不具備夯實(shí)的狹小空間采用灌漿的方式回填，漿液為沙漠砂貧混凝土，在適宜的水灰比下可以實(shí)現(xiàn)自密實(shí)。為了消除變電站內(nèi)帶電作業(yè)可能引起的潛在放電風(fēng)險(xiǎn)，將沙漠砂貧混凝土漿液制備設(shè)備放置在變電站外，將制備漿液用泥漿泵通過管道輸送到上述坑道中，借助于其自密實(shí)特性，可以避免因壓實(shí)度不夠而引起的回填質(zhì)量無法保證等問題，降低了場(chǎng)內(nèi)帶電設(shè)備作用時(shí)放電風(fēng)險(xiǎn)，降低了后期維護(hù)費(fèi)用，提高了施工速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了綜合效益。

2 沙漠砂自密實(shí)貧混凝土的制備技術(shù)

2.1 配合比設(shè)計(jì)

貧混凝土是指用較少量水泥的混凝土，一般每方水泥含量為100~200kg，故又稱之為經(jīng)濟(jì)性混凝土［1-4］。兼顧技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，本次配合比給出四種配合比，也即沙灰比分別為11∶1.5、11∶2.5和11∶3。水泥摻量的高低對(duì)強(qiáng)度有直接影響，但是對(duì)于基坑、電纜溝、管廊等的回填，決定回填效果的并非是強(qiáng)度不足，而是壓實(shí)度不夠引起的不均勻沉降，故摻入少量水泥即可滿足強(qiáng)度要求。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試塊的制作

本試驗(yàn)中沙漠砂為毛烏素沙漠邊緣的沙漠沙，該沙漠沙中泛紅，是因含有風(fēng)化后的紅粘土。按照上述配合比，分別制作了一批試塊，48h后脫模，脫模后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28d［5-6］。見圖1、圖2。

圖1 不同配合比沙漠砂自密實(shí)貧混凝土試塊的制作

圖2 試塊的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

2.3 基本物理力學(xué)參數(shù)

養(yǎng)護(hù)好的試塊在烘箱中70℃烘干48h后稱重，若2h內(nèi)質(zhì)量無變化，認(rèn)為已經(jīng)烘干。然后稱重測(cè)出其干密度，并置于水中飽和48h后測(cè)其飽水質(zhì)量，換算出其體積和質(zhì)量含水率；利用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)出干燥和飽和時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總后如下表1所示。

表1 自密實(shí)沙漠砂貧混凝土的基本物理力學(xué)特性

從表1可以看出，沙漠砂自密實(shí)貧混凝土有以下幾個(gè)特征：

（1）隨著水泥含量的增大，干密度隨之增大，吸水率隨之下降，這是水泥含量增加而密實(shí)度提高的表現(xiàn)；

（2）水泥含量增加雖然強(qiáng)度有所提高，但材料成本也隨之增加，根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)土的要求，沙灰比控制在11∶2.5以內(nèi)即可，既考慮了技術(shù)指標(biāo)，又考慮了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.4 沙漠砂自密實(shí)貧混凝土試塊的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

沙漠砂貧混凝土“有混凝土之名，而無混凝土之實(shí)”，“有名”是制備方法與后期養(yǎng)護(hù)與普通混凝土相似，“無實(shí)”是其強(qiáng)度、剛度和孔隙特征以及吸水率等與普通混凝土截然不同，其力學(xué)特征介于軟巖和硬土之間［7-8］，這里給出幾種沙灰比時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，見圖3。

從圖3可以看出，隨著沙灰比的增大，水泥含量增大后除了貧混凝土強(qiáng)度的提高，峰值后應(yīng)變下降的斜率開始增加，表示脆性開始增大。

圖3 不同沙灰比時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用

月牙湖330kV變電站工程是2005年寧夏電力公司重點(diǎn)建設(shè)的項(xiàng)目，它的建成對(duì)寧東火電基地負(fù)荷供電和寧夏電網(wǎng)220kV、330kV電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)具有重要價(jià)值，其地理位置處于毛烏素沙區(qū)內(nèi)，該沙區(qū)主要位于鄂爾多斯高原與黃土高原之間的湖積沖積平原凹地上。各種第四系沉積物均具明顯沙性，松散沙層經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)，形成易動(dòng)流沙，給公司在施工技術(shù)上帶來了很大程度的考驗(yàn)。整個(gè)基坑內(nèi)全部為細(xì)干沙，流動(dòng)性極強(qiáng)，基坑開挖時(shí)邊挖邊坍，基坑不易成型。

變電站建成后的十余年里，獨(dú)立基礎(chǔ)由于空間狹小而無法夯實(shí)，故因回填土壓實(shí)度不夠而出現(xiàn)了不均勻沉降。另外，電纜溝附近的回填土土在雨水的長(zhǎng)期沖刷下，因回填土的流失而出現(xiàn)明顯的塌陷。現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)照片如圖4所示。

圖4 縱橫交錯(cuò)的電纜線溝槽

針對(duì)這些問題和病害，若用傳統(tǒng)的回填方法再次夯實(shí)回填，若干年后還會(huì)出現(xiàn)類似的問題。為此，本文經(jīng)過實(shí)地考察后嘗試就地取材，用變電站內(nèi)的沙漠砂和少量的水泥，制備沙漠砂自密實(shí)貧混凝土漿液，通過灌漿的方法來實(shí)現(xiàn)自密實(shí)，漿液凝固后具有較大的強(qiáng)度和空間剛度，可以徹底消除因壓實(shí)度不夠而誘發(fā)的不均勻沉降，更主要的沙漠砂貧混凝土凝固后具有很強(qiáng)的抗沖刷能力，這對(duì)電纜溝周邊的回填非常有利，可以徹底消除長(zhǎng)期雨水沖刷而誘發(fā)的塌陷。

圖5 某電纜線溝槽的自密實(shí)回填試驗(yàn)

4 結(jié)束語

通過本文的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用示范，主要結(jié)論有：

（1）沙漠砂自密實(shí)貧混凝土進(jìn)行灌注回填后，其凝固后具有整體性和數(shù)倍于傳統(tǒng)壓實(shí)土的空間剛度，可消除傳統(tǒng)因不易夯實(shí)而引起的不均勻沉降；

（2）沙漠砂自密實(shí)貧混凝土凝固后強(qiáng)度數(shù)倍于傳統(tǒng)的壓實(shí)土，具有很強(qiáng)的抗沖刷能力，可以避免電纜溝周邊回填土因沖刷而誘發(fā)的塌陷；

（3）沙漠砂自密實(shí)貧混凝土回填可顯著提高回填速度，施工過程機(jī)械化程度高，可明顯降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短施工周期，具有較為明顯的綜合效益。