巖溶地區(qū)電力工程地基地質(zhì)勘察及評(píng)價(jià)

在石灰?guī)r地區(qū)建設(shè)電力工程時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)洞穴和土洞等地質(zhì)問題。天然的溶洞、土洞是能溶于水的巖石,受水的長(zhǎng)期溶蝕、沖刷和巖石在洞內(nèi)的自然崩塌,日積月累由小而大逐漸形成的。溶洞的大小對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工都有很大的影響,溶洞越大,設(shè)計(jì)和施工的難度越大。由于溶巖的強(qiáng)度低,穩(wěn)定性差,故對(duì)建筑物地基的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。規(guī)范和一般的巖土工程類的參考書都沒有對(duì)巖溶這一特殊的地基專門論述,相應(yīng)的處理措施也比較理論性,可操作性不強(qiáng)。所以變電站在選址時(shí),應(yīng)盡量避開巖溶地區(qū)。但對(duì)少數(shù)變電站必須落在巖溶地區(qū)的,則要采取可靠的預(yù)防和處理措施。1地質(zhì)勘查結(jié)果某變電站工程位于廣州市花都區(qū),緊鄰機(jī)場(chǎng)高速北延線,擬建站址場(chǎng)地呈長(zhǎng)方形,長(zhǎng)74.4m,寬45.5m,本工程總用地面積約3384m2。本項(xiàng)目主要由配電綜合樓、#1主變、#2主變、#3主變構(gòu)成,配套設(shè)施有消防水池、事故油池、泵房和警傳室等建筑物。本工程抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g,特征周期為0.35s。場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造,地基等級(jí)為二級(jí),場(chǎng)地類別為Ⅱ類。該變電站為半戶內(nèi)站,主體采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。為便于更準(zhǔn)確了解該場(chǎng)地實(shí)際地質(zhì)情況,本工程采取了一柱一孔進(jìn)行超前鉆探。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示,該站所在場(chǎng)地為巖溶、土洞比較發(fā)育區(qū),站址內(nèi)存在溶洞、土洞不良地質(zhì),并且存在輕微-中等液化沙土。經(jīng)鉆探查明第四系土層下伏的石灰?guī)r中溶洞、土洞較多,并較集中分布于配電綜合樓和#1主變、#2主變、#3主變一帶。大多溶洞都有粉質(zhì)粘土等充填物。個(gè)別則為空洞,無充填物。場(chǎng)地屬穩(wěn)定性較復(fù)雜的地塊,必須采取適宜的基礎(chǔ)形式和基礎(chǔ)方案方可建站。2樁基設(shè)計(jì)中持力層厚度的確定本工程由于場(chǎng)地下巖溶較多,地下水豐富,故不應(yīng)采用人工挖孔樁方案。另外,本場(chǎng)地填土層厚度比較大,一般為3~5m,且承載力不高,綜合樓和主變對(duì)沉降敏感,故也不應(yīng)采用天然淺基礎(chǔ)。綜合以上各種因素并考慮經(jīng)濟(jì)和安全,本工程綜合樓和主變的基礎(chǔ)形式為鉆沖孔灌注樁基礎(chǔ)。沖擊成孔對(duì)軟弱、易塌土層可投放填充物沖擊成孔,對(duì)溶洞及裂隙巖若發(fā)生漏漿,可投放填充物沖擠堵塞,在堅(jiān)硬的巖石成孔速度快等特點(diǎn)。樁考慮為摩擦端承樁,樁直徑有j800mm、j1000mm和j1200mm三種,樁身混凝土等級(jí)為C30,擬定持力層為完整微風(fēng)化巖層。巖溶地區(qū)樁基設(shè)計(jì)中,持力層安全厚度的選取也是個(gè)重要的問題。確定安全厚度時(shí),一般可將持力層視為剛性底板,上面作用豎向荷載,按鋼筋混凝土板受沖切構(gòu)件計(jì)算公式計(jì)算所需巖層持力層厚度。一般情況下,樁端以下持力層的厚度大約是3倍樁徑即可。3基巖裂隙多由于本工程處于石灰?guī)r地區(qū),地質(zhì)條件復(fù)雜,溶洞、土洞多,巖溶裂隙多,巖頂及溶洞底的斜坡巖等都會(huì)給施工帶來困難,如出現(xiàn)溶洞、土洞時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)泥漿流失、卡錘、斷樁及混凝土超灌等問題。在這樣的地質(zhì)條件下,采用傳統(tǒng)的泥漿護(hù)壁施工工藝無法解決上述問題。3.1沖錘機(jī)構(gòu)在沖錘使用時(shí),普遍在沖錘上繼續(xù)沖孔超前鉆資料顯示為多夾層溶洞、陡坡巖或土洞時(shí),均需要小心留意,在沖錘時(shí)要降低沖程,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)暫停沖孔。如沖孔樁機(jī)不及時(shí)暫停沖孔,容易發(fā)生沖錘卡死在溶洞內(nèi)的事故。3.2正常沖程成孔站址內(nèi)巖面起伏很大,可能會(huì)出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象。一般的方法有:回填堅(jiān)硬片石至偏孔位置,約比其高0.5m,以低沖程反復(fù)沖砸使得孔底形成一個(gè)平臺(tái),這時(shí)才能換成正常沖程來成孔。回填片石后還是不能解決偏孔的問題,則需要進(jìn)行清孔后灌填低等級(jí)混凝土至偏孔位置以上0.5m,待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行沖孔。3.3微膠壓灌漿回灌沖孔過程中遇到溶洞、土洞時(shí),由于其連通性,可能使得孔內(nèi)泥漿突然流失,甚至出現(xiàn)鄰近的鉆孔或地面串漿。這時(shí),應(yīng)加大泥漿比重并及時(shí)回灌泥漿。另外的方法為投入片石和粘土,利用沖錘沖擊將片石和粘土擠入溶洞孔壁及其裂隙中,減少泥漿的流失。3.4地層塌孔導(dǎo)致的抗剪強(qiáng)度鉆孔過程中,經(jīng)常會(huì)發(fā)生樁孔塌陷、鉆機(jī)歪倒等現(xiàn)象。造成塌孔的原因有地層松散;鉆機(jī)鉆到含水特別豐富或巖石裂隙處;泥漿濃度過小。不同原因造成的塌孔的情況多種多樣,應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析,及時(shí)處理。4廣州地區(qū)巖溶處理方法經(jīng)向廣州地區(qū)的設(shè)計(jì)單位、施工單位、地基加固單位等詢問,廣州地區(qū)巖溶處理方法有如下幾種,詳見表1。具體所選擇哪一種施工方法需要施工單位在研究勘察報(bào)告和物探報(bào)告后,結(jié)合本單位機(jī)械配備,操作人員水平及材料供給等實(shí)際情況確定。5注漿溶洞加固方案結(jié)合勘察報(bào)告和物探成果,考慮到成孔過程中多次回填片石、粘土?xí)绊懝て?且如果溶洞是相互連通或規(guī)模很大的,效果不明顯。如果處理方案采用鋼套筒護(hù)壁成孔,則需將鋼套筒下放至基巖頂面,鋼套筒長(zhǎng)度為25~30m,且需要穿過高10m的溶洞,鋼套筒自重將達(dá)到10t,施工難度很大,且可能發(fā)生套筒在溶洞內(nèi)傾斜的情況。對(duì)比分析后,筆者認(rèn)為采用注漿溶洞填充物或注實(shí)溶洞的處理方案。即用地質(zhì)鉆機(jī)成孔,埋設(shè)注漿管,對(duì)溶洞內(nèi)樁側(cè)軟弱土體進(jìn)行加固。對(duì)于充填軟塑-流塑狀亞粘土以及風(fēng)化巖石碎屑的溶洞、土洞,在壓力作用下,土體與漿液混合,固結(jié)。通過控制注漿順序和注漿壓力配合比,使經(jīng)過漿液改良的軟土在樁基周圍形成帷幕,防止樁基成孔過程中漏漿、塌孔,節(jié)約處理費(fèi)用和時(shí)間。對(duì)于摩擦樁,則會(huì)增加樁基與周圍土體的極限側(cè)摩擦力,提高樁基承載力。注漿材料應(yīng)具有漿液粘度低、流動(dòng)性好、可注性好、結(jié)石率高、配置方便等特點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)以及理論分析,漿液采用水泥-水玻璃漿液,它是以水泥和水玻璃為主劑,兩者按照一定比例采用雙液的方式注入,必要時(shí)加如附加劑所形成的注漿材料。水泥-水玻璃漿液是一種用途極為廣泛,使用效果良好的注漿材料。具體應(yīng)用時(shí),可采用水玻璃和水泥漿兩者體積比為1∶0.5～1∶1.3,水泥漿和水灰比為1∶1。水泥-水玻璃類漿液具有下列特點(diǎn):·結(jié)石體的滲透系數(shù)小:為10~3cm/s;·該漿液適用于0.2mm以上裂隙及1mm以上粒徑的砂層使用;·材料來源豐富,價(jià)格便宜,漿液對(duì)地下水和環(huán)境無污染。6控制溶劑基層的強(qiáng)度對(duì)于巖溶地基,必須查明溶洞規(guī)模、洞內(nèi)填充物、頂板厚