董睿華(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司,四川成都610041)
變電站地基沉降原因及解決對(duì)策
董睿華(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司,四川成都610041)
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電力需求也隨之不斷攀高。為了滿足日益增加的用電負(fù)荷,提高供電可靠性,高電壓等級(jí)、智能化的變電站的建設(shè)力度近年來(lái)不斷加強(qiáng)。這些變電站的建設(shè)對(duì)各項(xiàng)技術(shù)要求很高,本文主要針對(duì)不良地質(zhì)條件下的地基沉降問(wèn)題進(jìn)行討論,分析地基沉降的原因并提出相應(yīng)的解決措施。
變電站;地基沉降;沉降處理
各個(gè)方面的技術(shù)發(fā)展非常迅速,當(dāng)代變電站的設(shè)計(jì)的前進(jìn)趨勢(shì)也體現(xiàn)為多樣化。在此項(xiàng)目領(lǐng)域中,地基的處理特別關(guān)鍵,通常會(huì)將回填區(qū)當(dāng)做變電站的修建地址,容易受自然條件和氣候的影響,降水?dāng)?shù)量的多少均會(huì)對(duì)變電站的建造造成程度不一的影響。不一樣地區(qū)土壤的特點(diǎn)和地質(zhì)負(fù)載力的高低和設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量決定沉降的程度。假如在變電站地基設(shè)置和處理過(guò)程中對(duì)此些要素關(guān)注度較低,則或許因?yàn)闅夂虻挠绊懚鴮?dǎo)致整個(gè)變電站設(shè)置受到不良影響,不僅會(huì)引發(fā)大的事故,而且還會(huì)給國(guó)家的財(cái)產(chǎn)造成很大的損失。所以,把變電站地基沉降的分析做好以及找出相應(yīng)的解決措施具有不可忽視的價(jià)值。
變電站地基的沉降是指土建工程地基的下沉。變電站地基沉降主要有以下幾方面的原因:①變電站基地排水設(shè)施不完善。水是土質(zhì)的一個(gè)重要影響因素,如果變電站基地不能暢通的排水,這樣水就會(huì)大量的堆積,滲入基層之后就會(huì)改變基層結(jié)構(gòu),進(jìn)而引發(fā)下沉。②地基夯實(shí)不到位。為了保證變電站的穩(wěn)固性,通常會(huì)采用換填的變電站地基處理方法,即石夾土層把下層的土壤替換掉,通過(guò)采用夯壓工序使其成為堅(jiān)固的人工地基。如果沒(méi)有做好夯實(shí)工作,就會(huì)為地基下沉留下隱患。③建設(shè)場(chǎng)地如果選在山坡坡底沖積平原。在這種情況下,雖然場(chǎng)地的表層非常平整,然而因?yàn)殚L(zhǎng)壽山水的長(zhǎng)時(shí)間侵蝕,而且形成這些平地的年代較近,若果堅(jiān)持把變電站建在該場(chǎng)地的話,極大可能出現(xiàn)軟地基。在此情況下,變電站在運(yùn)行過(guò)程中,就會(huì)出現(xiàn)地基不均勻的沉降問(wèn)題,甚至出現(xiàn)變電站的傾斜與倒塌,后果不堪設(shè)想;如果選在地形落差較大的地方。經(jīng)過(guò)“一平三通”之后,那么變電站的大部分區(qū)域都是半挖半填的區(qū)域,極大可能出現(xiàn)填土較深、面積過(guò)大或回填土不規(guī)律等問(wèn)題。雖然,在實(shí)際的施工過(guò)程中,對(duì)建筑場(chǎng)地進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的碾壓,但是一般情況下,施工的周期比較短,不能保證做好預(yù)沉降工作或做到全部的壓實(shí)。
軟土具有天然含水量高、壓縮性高、天然孔隙比大、固結(jié)系數(shù)小、抗剪強(qiáng)度低、靈敏度高、土層層狀分布復(fù)雜、透水性差、擾動(dòng)性大、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn),通常不能作為天然的路基使用,路基變形、破壞主要是由路基沉降造成的,所以能否恰當(dāng)?shù)奶幚砗密浲恋鼗?,不僅影響工程的投資,而且也會(huì)直接影響道路的工程質(zhì)量和使用性能。對(duì)軟土地基的處理方法很多,但無(wú)論采取哪種方法,為了能夠因在荷載作用下道路路基引起的沉降或不均勻沉降,處理之后的地基必須滿足透水性、動(dòng)力穩(wěn)定、變形和強(qiáng)度的要求。常用的處理方法如下:
3.1砂墊層法
砂墊層法是一種加速沉降的發(fā)展,將固結(jié)過(guò)程縮短的方法,軟土層固結(jié)所需要的上部排水層是通過(guò)在軟土地基的頂面鋪設(shè)厚度為0.6~1.0m的砂墊層,具體的厚度由壓縮性、路堤高度以及軟土層的厚度決定,太薄效果差,太厚施工就會(huì)困難)。砂墊層可以作為路堤內(nèi)的地下排水層,可以降低堤內(nèi)的水位,使施工時(shí)作業(yè)條件得以改善。
砂墊層的特點(diǎn)是不需要特殊機(jī)具、施工簡(jiǎn)單等。比較適合以下情況:軟土的表面沒(méi)有透水性低的硬殼;路堤的高度不高于極限高度的兩倍;軟土層具有雙面排水條件、不很厚的情況;當(dāng)?shù)赜猩埃⑶疫\(yùn)砂的距離不太遠(yuǎn),沒(méi)有緊迫的施工期限的工程。
采用砂墊層,砂最好采用粗砂及中砂,要求良好的級(jí)配。不均勻的顆粒的含量不應(yīng)該超過(guò)3~5%,系數(shù)低于5。砂墊層攤鋪時(shí)通常用攤土機(jī)以及自卸汽車,攤鋪要均勻,很大的集中載荷作用不應(yīng)該存在。當(dāng)路堤為透水性不好的粉土類土,路堤覆蓋路堤坡腳附近砂墊層,側(cè)向排水可能被阻礙,所以要處理好砂墊層的端部。
在進(jìn)行填筑路堤的過(guò)程中,為了保證路堤不被損害,要合理安排填筑的速度,使地基承載力增加的速率和加載的速率要相適應(yīng)。通常施工觀測(cè)可以利用布置在路堤坡腳的位移邊樁以及埋設(shè)在路堤中線的地面沉降板,進(jìn)而能夠隨時(shí)掌握在路堤填筑過(guò)程中地基的發(fā)展趨勢(shì)和變形情況,從而判斷地基的穩(wěn)定性,控制好填土的速度。
3.2強(qiáng)夯法
強(qiáng)夯法在處理軟土地基時(shí)利用自山落下的重錘所產(chǎn)生的沖擊波使地基密實(shí),在土中這種沖擊所引起的振動(dòng)是以波的形式向地下傳播的。對(duì)于飽和細(xì)顆粒土,土的結(jié)構(gòu)要求被破壞、產(chǎn)生超孔隙水壓力、山裂隙形成排水通道。對(duì)于飽和無(wú)粘性土,土體在夯擊過(guò)程中可能產(chǎn)生液化,其致密的過(guò)程與振動(dòng)和爆破壓密過(guò)程有想通之處。
如果將地基當(dāng)做彈性板空間體,重錘在下落過(guò)程中動(dòng)能越來(lái)越大,勢(shì)能越來(lái)越小,在下落過(guò)程中,勢(shì)能的大部分轉(zhuǎn)化為重錘的動(dòng)能,即重錘自由下落過(guò)程就是將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程,重錘夯擊地面時(shí),這部分的動(dòng)能一部分由于重錘與土體的摩擦變成熱能,還有一部分以聲波的形式向四周傳播,其余的大部分的沖擊可以使土地產(chǎn)生自由的振動(dòng),通過(guò)縱波、橫波和表面波的波體聯(lián)合在地基內(nèi)傳播,進(jìn)而在地基中產(chǎn)生一個(gè)波場(chǎng)。
此外,縱波可以使土顆粒錯(cuò)位,增大孔隙的壓力,解體土體骨架。橫波可以使土顆粒處于十分密實(shí)的狀態(tài)。水面波的水平分量可以使土得到密實(shí),豎向分量起到松動(dòng)土的作用。
3.3靜力排水固結(jié)法
靜力排水固結(jié)法對(duì)天然地基設(shè)置砂井等豎向排水體,在建筑物建造之前,在場(chǎng)地通過(guò)先行進(jìn)行加載預(yù)壓,可以排除土整體的孔隙水,逐漸固結(jié),地基產(chǎn)生沉降,與此同時(shí)強(qiáng)度不斷提高。靜力排水固結(jié)法可以解決以下兩個(gè)問(wèn)題:
(1)穩(wěn)定問(wèn)題:排水固結(jié)法可以加速增長(zhǎng)地基土的抗剪強(qiáng)度,進(jìn)而提高地基的穩(wěn)定性和承載力。
(2)沉降問(wèn)題:在修筑路面以前沉降大部分或者基本完成,路面在使用過(guò)程中不至于產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。
排水固結(jié)法是由加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)組合而成的。水平排水體(砂墊層)和豎向排水體(塑料排水板、袋裝砂井以及普通砂井)組成排水系統(tǒng);加壓系統(tǒng)包括聯(lián)合法、電滲法、降低地下水位法、真空法、堆載法。設(shè)置排水系統(tǒng)的目的是使排水的距離縮短,增加孔隙水排出的途徑,使地基原有的排水邊界條件改變。加壓系統(tǒng)就是增加地基土的固結(jié)壓力,進(jìn)而產(chǎn)生固結(jié)。
3.4換填法
換填法就是挖去處于基礎(chǔ)地面以下且不太深的一定范圍的軟弱土層,然后選用具有抗侵蝕性的、性能穩(wěn)定、強(qiáng)度較高、質(zhì)地堅(jiān)硬的礦砂、煤渣、灰土、素土、卵石、碎石、砂等材料進(jìn)行分層填充,為了能夠成為良好的人工地基,使其達(dá)到所要求的密實(shí)度,需要采用機(jī)械或人工的方法進(jìn)行分層壓、夯、振動(dòng)。如果地基軟弱土層比較薄,并且上部荷載不大時(shí),可以直接以機(jī)械或者人工的方法進(jìn)行表層的壓、夯、振動(dòng)等密實(shí)處理,也可以取得換填加固地基的效果。
進(jìn)行淺層地基處理可以采用換填的方法,暗溝、暗洪、暗塘等淺層處理和低洼區(qū)域的填筑以及雜填土、淤泥質(zhì)土、已完成自重固結(jié)的回填土、淤泥、雜填土等地基的處理。地域性特殊土的處理也可以采用換填法。用于季節(jié)性凍土地基可以防止凍脹損壞和消除凍脹力等,用于山區(qū)地基可用于處理巖面破碎、傾斜、巖溶與土洞、軟硬不勻以及高低差等,用于濕陷性黃土地基可以使黃土的濕陷性消除,用于膨脹土地基可以使地基上的脹縮作用消除。
變電站是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障,是一項(xiàng)重點(diǎn)民生工程,業(yè)界重點(diǎn)的關(guān)注內(nèi)容是其穩(wěn)定性和安全性。在不良地質(zhì)條件下,地基沉降是威脅變電站安全穩(wěn)定性的主要原因之一。所以為了使變電站的安全穩(wěn)定性得到保證,就必須采用科學(xué)有效的處理方法,從而把地基沉降的概率降到最低。
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TM63
A
2095-2066(2016)25-0066-02
2016-8-1
董睿華(1985-),男,工程師,碩士,主要從事變電土建設(shè)計(jì)工作。