岩溶地区电力工程地基地质勘察及评价

岩溶地区电力工程地基地质勘察及评价

在石灰岩地区建设电力工程时，不可避免地会出现洞穴和土洞等地质问题。天然的溶洞、土洞是能溶于水的岩石,受水的长期溶蚀、冲刷和岩石在洞内的自然崩塌,日积月累由小而大逐渐形成的。溶洞的大小对工程设计和施工都有很大的影响,溶洞越大,设计和施工的难度越大。由于溶岩的强度低,稳定性差,故对建筑物地基的稳定性产生很大影响。规范和一般的岩土工程类的参考书都没有对岩溶这一特殊的地基专门论述,相应的处理措施也比较理论性,可操作性不强。所以变电站在选址时,应尽量避开岩溶地区。但对少数变电站必须落在岩溶地区的,则要采取可靠的预防和处理措施。1地质勘查结果某变电站工程位于广州市花都区,紧邻机场高速北延线,拟建站址场地呈长方形,长74.4m,宽45.5m,本工程总用地面积约3384m2。本项目主要由配电综合楼、#1主变、#2主变、#3主变构成,配套设施有消防水池、事故油池、泵房和警传室等建筑物。本工程抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g,特征周期为0.35s。场地内未发现断裂构造,地基等级为二级,场地类别为Ⅱ类。该变电站为半户内站,主体采用混凝土框架结构。为便于更准确了解该场地实际地质情况,本工程采取了一柱一孔进行超前钻探。地质勘察结果显示,该站所在场地为岩溶、土洞比较发育区,站址内存在溶洞、土洞不良地质,并且存在轻微-中等液化沙土。经钻探查明第四系土层下伏的石灰岩中溶洞、土洞较多,并较集中分布于配电综合楼和#1主变、#2主变、#3主变一带。大多溶洞都有粉质粘土等充填物。个别则为空洞,无充填物。场地属稳定性较复杂的地块,必须采取适宜的基础形式和基础方案方可建站。2桩基设计中持力层厚度的确定本工程由于场地下岩溶较多,地下水丰富,故不应采用人工挖孔桩方案。另外,本场地填土层厚度比较大,一般为3~5m,且承载力不高,综合楼和主变对沉降敏感,故也不应采用天然浅基础。综合以上各种因素并考虑经济和安全,本工程综合楼和主变的基础形式为钻冲孔灌注桩基础。冲击成孔对软弱、易塌土层可投放填充物冲击成孔,对溶洞及裂隙岩若发生漏浆,可投放填充物冲挤堵塞,在坚硬的岩石成孔速度快等特点。桩考虑为摩擦端承桩,桩直径有j800mm、j1000mm和j1200mm三种,桩身混凝土等级为C30,拟定持力层为完整微风化岩层。岩溶地区桩基设计中,持力层安全厚度的选取也是个重要的问题。确定安全厚度时,一般可将持力层视为刚性底板,上面作用竖向荷载,按钢筋混凝土板受冲切构件计算公式计算所需岩层持力层厚度。一般情况下,桩端以下持力层的厚度大约是3倍桩径即可。3基岩裂隙多由于本工程处于石灰岩地区,地质条件复杂,溶洞、土洞多,岩溶裂隙多,岩顶及溶洞底的斜坡岩等都会给施工带来困难,如出现溶洞、土洞时,可能会出现泥浆流失、卡锤、断桩及混凝土超灌等问题。在这样的地质条件下,采用传统的泥浆护壁施工工艺无法解决上述问题。3.1冲锤机构在冲锤使用时,普遍在冲锤上继续冲孔超前钻资料显示为多夹层溶洞、陡坡岩或土洞时,均需要小心留意,在冲锤时要降低冲程,发现问题及时暂停冲孔。如冲孔桩机不及时暂停冲孔,容易发生冲锤卡死在溶洞内的事故。3.2正常冲程成孔站址内岩面起伏很大,可能会出现偏孔现象。一般的方法有:回填坚硬片石至偏孔位置,约比其高0.5m,以低冲程反复冲砸使得孔底形成一个平台,这时才能换成正常冲程来成孔。回填片石后还是不能解决偏孔的问题,则需要进行清孔后灌填低等级混凝土至偏孔位置以上0.5m,待混凝土达到设计强度后再进行冲孔。3.3微胶压灌浆回灌冲孔过程中遇到溶洞、土洞时,由于其连通性,可能使得孔内泥浆突然流失,甚至出现邻近的钻孔或地面串浆。这时,应加大泥浆比重并及时回灌泥浆。另外的方法为投入片石和粘土,利用冲锤冲击将片石和粘土挤入溶洞孔壁及其裂隙中,减少泥浆的流失。3.4地层塌孔导致的抗剪强度钻孔过程中,经常会发生桩孔塌陷、钻机歪倒等现象。造成塌孔的原因有地层松散;钻机钻到含水特别丰富或岩石裂隙处;泥浆浓度过小。不同原因造成的塌孔的情况多种多样,应根据具体情况具体分析,及时处理。4广州地区岩溶处理方法经向广州地区的设计单位、施工单位、地基加固单位等询问,广州地区岩溶处理方法有如下几种,详见表1。具体所选择哪一种施工方法需要施工单位在研究勘察报告和物探报告后,结合本单位机械配备,操作人员水平及材料供给等实际情况确定。5注浆溶洞加固方案结合勘察报告和物探成果,考虑到成孔过程中多次回填片石、粘土会影响工期,且如果溶洞是相互连通或规模很大的,效果不明显。如果处理方案采用钢套筒护壁成孔,则需将钢套筒下放至基岩顶面,钢套筒长度为25~30m,且需要穿过高10m的溶洞,钢套筒自重将达到10t,施工难度很大,且可能发生套筒在溶洞内倾斜的情况。对比分析后,笔者认为采用注浆溶洞填充物或注实溶洞的处理方案。即用地质钻机成孔,埋设注浆管,对溶洞内桩侧软弱土体进行加固。对于充填软塑-流塑状亚粘土以及风化岩石碎屑的溶洞、土洞,在压力作用下,土体与浆液混合,固结。通过控制注浆顺序和注浆压力配合比,使经过浆液改良的软土在桩基周围形成帷幕,防止桩基成孔过程中漏浆、塌孔,节约处理费用和时间。对于摩擦桩,则会增加桩基与周围土体的极限侧摩擦力,提高桩基承载力。注浆材料应具有浆液粘度低、流动性好、可注性好、结石率高、配置方便等特点。根据当地经验以及理论分析,浆液采用水泥-水玻璃浆液,它是以水泥和水玻璃为主剂,两者按照一定比例采用双液的方式注入,必要时加如附加剂所形成的注浆材料。水泥-水玻璃浆液是一种用途极为广泛,使用效果良好的注浆材料。具体应用时,可采用水玻璃和水泥浆两者体积比为1∶0.5～1∶1.3,水泥浆和水灰比为1∶1。水泥-水玻璃类浆液具有下列特点:·结石体的渗透系数小:为10~3cm/s;·该浆液适用于0.2mm以上裂隙及1mm以上粒径的砂层使用;·材料来源丰富,价格便宜,浆液对地下水和环境无污染。6控制溶剂基层的强度对于岩溶地基,必须查明溶洞规模、洞内填充物、顶板厚