水泥攪拌樁在變電站軟基邊坡抗滑治理中的應用

譚可立

(廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663)

水泥攪拌樁在變電站軟基邊坡抗滑治理中的應用

譚可立

(廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663)

通過理論計算，結合某500kV變電站工程實例，介紹了將水泥攪拌樁做為抗滑樁的設計方案在軟基邊坡抗滑處治中的應用，對該工程邊坡穩定性進行了分析，進一步提出該軟基邊坡處理技術的應用范圍。

水泥攪拌樁；抗滑樁；軟基邊坡。

1 概述

隨著變電站工程的快速發展，越來越多的變電站建造在由深厚軟土組成的魚塘、農田等軟弱地基上。軟基邊坡處理通常采用重力式擋墻或鋼筋混泥土抗滑樁等，施工工期較長，造價較高，且在深厚軟土中基礎開挖存在安全隱患。本文將結合某500kV變電站工程設計及施工實例，介紹水泥攪拌樁在變電站軟基邊坡抗滑設計中的應用。

2 工程概況及地質條件

2.1 工程概況

500kV滄江變電站位于廣東省佛山市高明區，變電站占地面積6.13hm2。變電站站址原始地形為山地及魚塘，場地平整后為半挖半填，位其中部分填方區邊坡位于魚塘上，為軟土地基；最大邊坡高度達12m，該填方邊坡做法為自然放坡，坡率為1:2，漿砌塊石護面。

2.2 工程地質條件

邊坡地基上覆巖土層為：①淤積層：淤積淤泥及淤泥質土；②沖積層：粉質粘土、砂土層(粗砂)；③坡積層：粉質粘土；④殘積層：砂質粘性土；⑤下伏基巖為晚侏羅系黑云母花崗巖。

其中淤積層分淤泥及淤泥質土兩層。在邊坡范圍內厚度約2m～3m。淤泥(層號②)：飽和，流塑，淤積。淤泥質土(層號 ②1)：實測標貫擊數1～5擊，很濕，流塑，淤積成因。

沖積層按成份及巖土特性可分為可塑粉質粘土層(層號③)和粗砂層(層號③2)。其中可塑粉質粘土層厚度約3m～5m。灰黃色、灰白色、褐灰色；粘性較差，土質不均勻，切面粗糙，含多量石英中、粗砂顆粒。標貫擊數7～11擊，濕，可塑，沖積。

表1 主要巖土層的力學參數

3 邊坡抗滑加固方案

由于淤泥及淤泥質土深度較大，平均深度達2m～3m，且淤泥土下層人有較厚的可塑狀態的粉質粘土，平均深度達3m～5m，若不進行邊坡抗滑處治，則最高邊坡處邊坡穩定系數僅為0.96，不符合規范要求；若完全清除軟土則工期較長，外運土方工程量巨大，且施工難度較大，施工安全存在巨大隱患。

因此邊坡地基方案考慮只清表層淤泥及淤泥質土，邊坡回填土直接回填在可塑狀態的粉質粘土上；回填土填料取自挖方區山體，為砂質粘性土；回填采用分層碾壓，每層填土厚度30cm，壓實系數0.94。

擬在邊坡坡腳采用水泥攪拌樁作為抗滑樁，以保證邊坡穩定。水泥攪拌樁直徑選用500mm，攪拌樁樁中心距選用400mm，即兩相鄰攪拌樁樁身搭接；共采用三排樁身搭接的水泥攪拌樁，兩排攪拌樁間距3m；有效樁長約5m～10m，持力層為粗砂層。

4 邊坡穩定計算分析

4.1 設計原理

在此工程邊坡抗滑計算模型中，水泥攪拌樁為柔性抗滑樁。利用水泥作為固化劑，通過專用的攪拌機械，將水泥漿注入地層，并與地層中的軟土強制攪拌均勻，水泥和軟土混合后，產生一系列物理－化學反應，使軟土硬結形成具有一定強度的樁體，從而達到加固邊坡最危險滑移面的目的。因此可以將坡腳處水泥攪拌樁加固土體區域視為換填處理。故邊坡抗滑計算等同于復雜土層邊坡穩定計算。

4.2 計算公式

采用圓弧滑動法時，邊坡穩定性系數可按下式計算[1]：

式中：KS為邊坡穩定性系數； Ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的粘結強度標準值(kPa)；αi為第i計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值(o)；Li為第i計算條塊滑動面長度(m)； θi為第i計算條塊底面傾角和地下水位面傾角(o)； Gi為第i計算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m)； Gbi為第i計算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m)； Pwi為第i計算條塊單位寬度的動水壓力(kN/m)；Ni為第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力(kN/m)； Ti為第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力(kN/m)； Ri為第i計算條塊滑動面上的抗滑力(kN/m)。

4.3 參數選取

500kV滄江變電站重要性等級高，邊坡破壞后果很嚴重，且為其土質邊坡，因此該邊坡安全等級為一級，圓弧滑動法驗算邊坡穩定安全系數應以大于1.30。

根據工程經驗及相關理論研究，攪拌樁樁體的粘聚力c=100kPa～1000kPa，內摩擦角=20° ～30°。本工程取偏安全的數值；而攪拌樁加固范圍的水泥土粘聚力平均值取攪拌樁樁體的一半。計算模型中各土層性質參數取值見表2。

通過多次迭代計算，得最危險邊坡滑移線見圖2，滑動半徑=22.053(m)。總的下滑力=930.612(kN)，總的抗滑力=1391.805(kN)，土體部分下滑力=930.612(kN) ，土體部分抗滑力=1391.805(kN)，滑動安全系數=1.496，滿足規范要求的邊坡穩定系數要求。抗滑加固后邊坡穩定系數提高1.56倍。

表2 各土層粘聚力c和內摩擦角φ取值

圖2 邊坡計算結果

5 結語

試樁后，通過現場取土試驗，攪拌樁樁體及加固范圍土體性質參數與計算假設一致。目前，500kV滄江變電站工程邊坡施工完成超過2年，并順利投產。經過邊坡沉降監測，該工程邊坡質量優秀，未發現邊坡嚴重變形，水泥攪拌樁抗滑樁在該變電站邊坡抗滑處治中的應用，收到了良好的效果。

同時，筆者認為攪拌樁抗滑樁的應用仍然有一定的局限性，并不能完全代替傳統的抗滑樁：

(1)當地基土含水量大于100%時，攪拌后土的固化效果不明顯，一般認為，含水量略大于液限含水量時效果最佳；當有機質含量大于5%、腐植質含量大于1 %或pH值< 4 時，固化效果不明顯。因此，在確定采用水泥攪拌樁加固軟土地基或邊坡前，宜現場取土試驗；

(2)本工程計算模型中攪拌樁樁體粘聚力和內摩擦角均為假設值，由于各地施工水平不一，實際工程中必須在試樁后現場取土試驗，驗證土體性質參數與計算假設是否一致；

(3)水泥攪拌樁抗滑樁為柔性抗滑樁，其抗剪承載力較低，但邊坡較高或者邊坡坡率較陡的工程中應用水泥攪拌樁抗滑樁，應進行充分的理論計算以及經濟比較，擇優選擇技術方案。

[1]GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范[S]．

[2]葉書麟，葉觀寶．地基處理與拖換技術[M]．中國建筑工業出版社，2005．

[3]唐云，王桃源．深層水泥攪拌樁在港工軟基邊坡加固中的應用[J]．中國港灣建設，2009，(6)．

Application of Cement Mixing Pile to Prevent Sliding Treatment of Weak Soil Slop in Substation

TAN Ke-li

(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, China)

Base on the theory calculation,combined with the project of a 500kV substation,presenting an application of cement mixing pile to consolidation of weak soil slop,and analysing the stabilization of the slop,depicting the application area of the consolidation technic of slop.

cement deep mixing pile; anti-slide piles; weak soil slop.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0001-03

2011-03-28

譚可立(1982- )，男，江西萍鄉人，碩士，工程師。