某變電站溶洞地基加固措施分析研究

盛學慶 陳佳慧

摘要：隨著國民生產水平的不斷發展，我國輸變電工程的發展極為迅速。而因規劃用地所限，輸變電工程在選址時難免經過或者接近巖溶溶洞。由于巖溶作用，建（構）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構地基的穩定性和結構安全具有重要的作用。下面將結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，且基于工程相關驗收結果和沉降觀測結果進一步驗證了加固方法的可行性。研究結果可為類似巖溶地區變電工程基礎設計及施工提供一定的參考依據。

關鍵詞：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。而一旦出現此類病害，往往會導致房屋及其配套設施的損毀，從而造成大規模的事故。而隨著國民生產水平的不斷發展，我國輸變電工程的發展極為迅速。而因規劃用地所限，輸變電工程在選址時難免經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，是世界上巖溶最發育的國家之一。在巖溶區，由于巖溶作用，建（構）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向抗力以保證臨近結構不會發生超過允許的位移，對于結構地基的穩定性和結構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上述事故，必然造成巨大的經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。

現階段我國國內和國際上的相關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用等方面都有所建樹。當前國內主要采用的辦法有清爆換填、灌漿處理（旋噴樁）、梁板跨越、調整柱樁、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、造價低等優點而被廣泛采用。以此為出發點，本文結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，且基于工相關驗收結果和沉降觀測結果進一步驗證了加固方法的可行性。研究結果可為類似巖溶地區變電工程基礎設計及施工提供一定的參考依據。

1工程概況

杭州某變電站工程位于富陽區場口鎮周邊，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，場區范圍內主要以荒地為主。本工程東側毗鄰長深高速，北側毗鄰烏疇村、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，三層框架結構，筏板基礎，天然地基，如圖1所示。但由于基礎底部泥質灰巖存在溶洞，影響到上部結構安全，須對場地范圍內的溶洞進行加固處理。

2場地地質條件

場區完成鉆孔9個，其中4個鉆孑L內揭露溶洞。溶洞主要為充填、無充填兩種狀態，其中3個鉆孔內溶洞以礫砂及細砂充填，1個鉆孔內無充填物，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個鉆孔內揭露溶洞為2個溶洞呈串珠狀，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）中規定，場區遇洞率大于30%，但局部有串珠狀豎向溶洞發育深度未達20m以上，故綜合判定本場區巖溶發育程度為中等發育。

3溶洞加固方案

3.1設計原則

3.1.1安全可靠

本場地潛在的巖溶地面塌陷地質災害隱患對變電站內建（構）筑物的正常運行造成了嚴重威脅，必須徹底消除該區潛在的地面塌陷地質災害隱患，保障電網安全運行。

3.1.2技術可行

治理區下伏寒武系楊柳崗組（E2y）泥質灰巖中發育有大小、形態不一的溶洞，溶洞處于充填、無充填兩種狀態，通過對巖溶區域注漿治理后，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災害的發生。目前，注漿技術在國內外針對地面塌陷地質災害的治理效果較為良好，且施工質量可控制性強。因此，對該工程治理區地下巖溶區域進行注漿治理是可行的。

3.1.3經濟合理

在安全可靠、技術可行的基礎上，選擇合適的注漿方案，進而降低施工成本，做到經濟合理。

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定巖溶，不適合本工程場地。對于埋深較大的巖溶區，注漿法最為常用，且技術較為成熟，施工質量可控性強。注漿方案的選擇需要全方面考慮是否滿足技術要求，是否造成自然環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區域，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注漿孔縱橫向間距2.5m，正方形布置;其他范圍內注漿孔縱橫向間距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計治理深度的，則繼續鉆探至治理深度。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。但由于治理區地質構造復雜，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，實際孔深應根據鉆孑L揭露情況，由施工和設計共同商定。

3.3.2施工次序

因治理區地下巖溶中等發育，溶洞裂隙可能相互貫通聯系，為更好地控制注漿量，防止漿液過多流失，應按照“先外圍后中部”的原則進行注漿施工。同時，注漿施工應遵循“探灌結合”的信息化施工原則，根據探察和施工所揭示的地質特征，動態調整注漿范圍、參數和工藝。

4溶洞地基加固質量管理要點

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

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節點，且做好勞動力調配計劃;在物資方面，做好相應施工材料和機具設備的采購、租賃等安排;在技術方面，做好圖紙會審，掌握設計意圖，并編制科學合理的施工方案和作業指導書。

3）對注漿原材料進行嚴格審查，保證施工原材料質量，防止出現工程質量問題。

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

5結語

綜上所述，建設場地受復雜地域、不良地質的影響很大，溶洞地區更是對上部結構安全造成較大影響，地基基礎設計須加以慎重考慮。結合上述工程實踐，筆者認為采取注漿加固是目前應對類似溶洞造成變電站建（構）筑物不良地質問題較為有效、經濟、合理的技術措施，它能夠滿足建（構）筑物對地基承載力及變形控制的要求，確保了上部結構安全。