碾壓沙漠砂貧混凝土治理變電站地基塌陷*

王宏濤，楊寶平，杜 伊，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

變電站各種支架基礎(chǔ)、變電站主變壓器基礎(chǔ)、屋外配電裝置構(gòu)支架及基礎(chǔ)和戶外 GIS 設(shè)備等基礎(chǔ)在回填后，隨著時(shí)間的推移，這些基礎(chǔ)周邊的回填土由于空間小等原因不宜夯實(shí)，導(dǎo)致基礎(chǔ)的沉降和回填土的沉降不一致，從而出現(xiàn)了不均勻沉降等問(wèn)題，另外，電纜溝周邊回填土由于雨水長(zhǎng)年累月的沖刷，出現(xiàn)了回填的壓實(shí)土被沖刷而出現(xiàn)了塌陷，以上這些問(wèn)題并非是設(shè)計(jì)的不合理，而是傳統(tǒng)回填方法和回填材料就決定了這些問(wèn)題是不可避免的，針對(duì)這一問(wèn)題，本文依托賀蘭山750kV變電站塌陷治理，嘗試用沙漠砂貧混凝土，采用碾壓夯實(shí)的方法進(jìn)行回填治理，一方面沙漠砂貧混凝土的強(qiáng)度來(lái)源主要是水泥固化后的膠結(jié)力，而非傳統(tǒng)壓實(shí)土擠密后的粘結(jié)力，故壓實(shí)度的差異并不主導(dǎo)最終強(qiáng)度，另外，固化后的沙漠砂貧混凝土具有很強(qiáng)的抗沖刷能力，徹底避免了電纜溝周圍雨水沖刷而誘發(fā)的塌陷。

2 碾壓沙漠砂貧混凝土的制備技術(shù)

2.1 配合比設(shè)計(jì)

一般對(duì)貧混凝土定義為每方水泥含量不超過(guò)200kg，也常稱之為經(jīng)濟(jì)性混凝土。在滿足技術(shù)指標(biāo)的前提下，這里設(shè)計(jì)3種配合比，砂灰比分別為10∶1、10∶1.5和10∶2。前期現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，該變電站出現(xiàn)的塌陷和不均勻沉降，并非是變電站建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)和施工的不合理，而是傳統(tǒng)的回填工藝對(duì)狹小空間無(wú)法夯實(shí)，導(dǎo)致了不均勻沉降的出現(xiàn)；電纜溝附近的孔洞是雨水長(zhǎng)年累月的沖刷造成的，這是常規(guī)回填壓實(shí)土抗沖刷能力差所決定的。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試塊的制作

本試驗(yàn)中沙漠砂為賀蘭山變電站廠區(qū)周邊干凈的風(fēng)積沙，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的沉降絕大多數(shù)為獨(dú)立基礎(chǔ)周邊的不均勻沉降，勘查現(xiàn)場(chǎng)后決定采用沙漠砂貧混凝土碾壓夯實(shí)處理方案，故按上述預(yù)設(shè)的配合比，在鋼模具中采用夯實(shí)的方法制備了4組試塊，48h后脫模，脫模后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28d［1-3］。

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)

試塊養(yǎng)護(hù)28d后取出烘干，烘箱設(shè)置為70℃，烘干48h后稱重，若2h內(nèi)質(zhì)量無(wú)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 碾壓沙漠砂貧混凝土的基本物理力學(xué)特性

從表1可以看出，碾壓沙漠砂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，這說(shuō)明隨著水泥含量提高其密實(shí)度也有所增加；

（2）與傳統(tǒng)的普通混凝土相比，碾壓沙漠砂貧混凝土每方水泥含量控制在200kg以內(nèi)，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)；

（3）從單軸抗壓強(qiáng)度角度出發(fā)，該貧混凝土可定性為（極）軟巖一類，從剛度參數(shù)也即抵抗變形的角度，該貧混凝土可歸入硬土一類［4-6］；

（4）考慮到技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素，本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用沙灰比為10∶1.5即可，既保證了強(qiáng)度和剛度，也兼顧了經(jīng)濟(jì)性。

2.4 碾壓沙漠砂貧混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

碾壓沙漠砂混凝土貧混凝土的強(qiáng)度來(lái)源于兩個(gè)方面，一部分來(lái)自顆粒擠密壓實(shí)形成的粘聚力，另一部分來(lái)自于水泥固化后形成的膠結(jié)力，因?yàn)樯邦w粒之間的粘結(jié)力比傳統(tǒng)的壓實(shí)土小得多，故碾壓沙漠砂貧混凝土的強(qiáng)度以水泥固化后的膠結(jié)力占主導(dǎo)作用，而由于水泥摻量較小，故其強(qiáng)度和剛度參數(shù)乃至應(yīng)力-應(yīng)變曲線，都與傳統(tǒng)的普通混凝土有顯著差異，這里給出四種不同砂灰比時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

從圖3可以看出，隨著水泥摻入量的提高，試塊的強(qiáng)度也隨之提高，考慮到變電站運(yùn)行過(guò)程中可能受到的移動(dòng)荷載，選取沙灰比為10∶1.5就可以滿足要求，并且從經(jīng)濟(jì)性角度也較為適宜。

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

3 現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)

賀蘭山750kV變電站作為寧夏大壩電廠三期2×60萬(wàn)kW機(jī)組電能輸送的橋梁，是寧夏750kV主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組成之一，承擔(dān)了寧夏大壩電廠2×60萬(wàn)kW電能的送出和消納。變電站建成后的運(yùn)行后局部出現(xiàn)了不均勻沉降和塌陷，影響檢修車輛的運(yùn)行，典型的塌陷病害如圖4所示。

經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察，針對(duì)這些典型的變電站塌陷病害，分析后一致結(jié)論認(rèn)為，如果依然沿用傳統(tǒng)的灰土夯實(shí)，那么局部狹小空間依然無(wú)法夯實(shí)，而電纜溝等溝槽周邊常存在雨水的沖刷，那么要想徹底解決這些問(wèn)題，必須改變傳統(tǒng)灰土，也就是要加入水泥制備貧混凝土，貧混凝土的強(qiáng)度主要是固化后的膠結(jié)力，而不是靠擠密得到的粘結(jié)力，另外，貧混凝土具有很強(qiáng)的抗沖刷能力，這對(duì)于長(zhǎng)期受雨水沖刷的溝槽周邊的回填，將是一次徹底的治理。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）變電站地基病害主要是不均勻沉降和溝槽或管廊周邊的塌陷，其成因非前期設(shè)計(jì)或施工原因，而是傳統(tǒng)材料和工藝的缺陷所致；

（2）沙漠砂貧混凝土的強(qiáng)度來(lái)源是固化后的膠結(jié)力，股壓實(shí)度不決定其最終強(qiáng)度，這對(duì)于狹小空間不宜夯實(shí)區(qū)域具有重要意義；

（3）對(duì)于管廊或溝槽附近容易受雨水沖刷部位，采用沙漠砂貧混凝土可以徹底解決沖刷而誘發(fā)的塌陷問(wèn)題，從根本上解決了常規(guī)壓實(shí)土容易受沖刷的缺點(diǎn)。