巖溶地區電力工程地基地質勘察及評價

在石灰巖地區建設電力工程時，不可避免地會出現洞穴和土洞等地質問題。天然的溶洞、土洞是能溶于水的巖石,受水的長期溶蝕、沖刷和巖石在洞內的自然崩塌,日積月累由小而大逐漸形成的。溶洞的大小對工程設計和施工都有很大的影響,溶洞越大,設計和施工的難度越大。由于溶巖的強度低,穩定性差,故對建筑物地基的穩定性產生很大影響。規范和一般的巖土工程類的參考書都沒有對巖溶這一特殊的地基專門論述,相應的處理措施也比較理論性,可操作性不強。所以變電站在選址時,應盡量避開巖溶地區。但對少數變電站必須落在巖溶地區的,則要采取可靠的預防和處理措施。1地質勘查結果某變電站工程位于廣州市花都區,緊鄰機場高速北延線,擬建站址場地呈長方形,長74.4m,寬45.5m,本工程總用地面積約3384m2。本項目主要由配電綜合樓、#1主變、#2主變、#3主變構成,配套設施有消防水池、事故油池、泵房和警傳室等建筑物。本工程抗震設防烈度為6度,設計基本地震加速度值為0.05g,特征周期為0.35s。場地內未發現斷裂構造,地基等級為二級,場地類別為Ⅱ類。該變電站為半戶內站,主體采用混凝土框架結構。為便于更準確了解該場地實際地質情況,本工程采取了一柱一孔進行超前鉆探。地質勘察結果顯示,該站所在場地為巖溶、土洞比較發育區,站址內存在溶洞、土洞不良地質,并且存在輕微-中等液化沙土。經鉆探查明第四系土層下伏的石灰巖中溶洞、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。大多溶洞都有粉質粘土等充填物。個別則為空洞,無充填物。場地屬穩定性較復雜的地塊,必須采取適宜的基礎形式和基礎方案方可建站。2樁基設計中持力層厚度的確定本工程由于場地下巖溶較多,地下水豐富,故不應采用人工挖孔樁方案。另外,本場地填土層厚度比較大,一般為3~5m,且承載力不高,綜合樓和主變對沉降敏感,故也不應采用天然淺基礎。綜合以上各種因素并考慮經濟和安全,本工程綜合樓和主變的基礎形式為鉆沖孔灌注樁基礎。沖擊成孔對軟弱、易塌土層可投放填充物沖擊成孔,對溶洞及裂隙巖若發生漏漿,可投放填充物沖擠堵塞,在堅硬的巖石成孔速度快等特點。樁考慮為摩擦端承樁,樁直徑有j800mm、j1000mm和j1200mm三種,樁身混凝土等級為C30,擬定持力層為完整微風化巖層。巖溶地區樁基設計中,持力層安全厚度的選取也是個重要的問題。確定安全厚度時,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件計算公式計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巖地區,地質條件復雜,溶洞、土洞多,巖溶裂隙多,巖頂及溶洞底的斜坡巖等都會給施工帶來困難,如出現溶洞、土洞時,可能會出現泥漿流失、卡錘、斷樁及混凝土超灌等問題。在這樣的地質條件下,采用傳統的泥漿護壁施工工藝無法解決上述問題。3.1沖錘機構在沖錘使用時,普遍在沖錘上繼續沖孔超前鉆資料顯示為多夾層溶洞、陡坡巖或土洞時,均需要小心留意,在沖錘時要降低沖程,發現問題及時暫停沖孔。如沖孔樁機不及時暫停沖孔,容易發生沖錘卡死在溶洞內的事故。3.2正常沖程成孔站址內巖面起伏很大,可能會出現偏孔現象。一般的方法有:回填堅硬片石至偏孔位置,約比其高0.5m,以低沖程反復沖砸使得孔底形成一個平臺,這時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,則需要進行清孔后灌填低等級混凝土至偏孔位置以上0.5m,待混凝土達到設計強度后再進行沖孔。3.3微膠壓灌漿回灌沖孔過程中遇到溶洞、土洞時,由于其連通性,可能使得孔內泥漿突然流失,甚至出現鄰近的鉆孔或地面串漿。這時,應加大泥漿比重并及時回灌泥漿。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地層塌孔導致的抗剪強度鉆孔過程中,經常會發生樁孔塌陷、鉆機歪倒等現象。造成塌孔的原因有地層松散;鉆機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,應根據具體情況具體分析,及時處理。4廣州地區巖溶處理方法經向廣州地區的設計單位、施工單位、地基加固單位等詢問,廣州地區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告和物探報告后,結合本單位機械配備,操作人員水平及材料供給等實際情況確定。5注漿溶洞加固方案結合勘察報告和物探成果,考慮到成孔過程中多次回填片石、粘土會影響工期,且如果溶洞是相互連通或規模很大的,效果不明顯。如果處理方案采用鋼套筒護壁成孔,則需將鋼套筒下放至基巖頂面,鋼套筒長度為25~30m,且需要穿過高10m的溶洞,鋼套筒自重將達到10t,施工難度很大,且可能發生套筒在溶洞內傾斜的情況。對比分析后,筆者認為采用注漿溶洞填充物或注實溶洞的處理方案。即用地質鉆機成孔,埋設注漿管,對溶洞內樁側軟弱土體進行加固。對于充填軟塑-流塑狀亞粘土以及風化巖石碎屑的溶洞、土洞,在壓力作用下,土體與漿液混合,固結。通過控制注漿順序和注漿壓力配合比,使經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,節約處理費用和時間。對于摩擦樁,則會增加樁基與周圍土體的極限側摩擦力,提高樁基承載力。注漿材料應具有漿液粘度低、流動性好、可注性好、結石率高、配置方便等特點。根據當地經驗以及理論分析,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。具體應用時,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:·結石體的滲透系數小: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,價格便宜,漿液對地下水和環境無污染。6控制溶劑基層的強度對于巖溶地基,必須查明溶洞規模、洞內填充物、頂板厚