程智余 楊德志 李 鳳

(國網(wǎng)安徽省電力公司宣城供電公司，安徽 宣城 242000)

?

輸電線路桿塔基礎(chǔ)砂巖崩解特性試驗(yàn)研究

程智余 楊德志 李 鳳

(國網(wǎng)安徽省電力公司宣城供電公司，安徽 宣城 242000)

選取安徽宣城山區(qū)建設(shè)的軍塘—西二110 kV輸電線路工程區(qū)域代表性紅砂巖為研究對象，開展了干濕循環(huán)室內(nèi)崩解試驗(yàn)，通過分析崩解現(xiàn)象與崩解物顆粒，探討了砂巖崩解的規(guī)律及機(jī)理，據(jù)此提出了輸電線路桿塔基礎(chǔ)的施工建議。

砂巖，干濕循環(huán)，崩解物，輸電線路

0 引言

崩解性巖石遇水崩解、軟化、膨脹，造成地基承載力及力學(xué)性能降低，引發(fā)基礎(chǔ)塌陷、邊坡坍塌、滑坡等工程危害[1]，對輸電線路桿塔基礎(chǔ)造成不利影響。安徽宣城山區(qū)建設(shè)的軍塘—西二110 kV輸電線路工程，其地質(zhì)主要為全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化的泥質(zhì)砂巖、礫巖，地下水位埋深0.5 m～2.0 m。地基開挖中，巖石遇大雨或地下水涌出，巖石發(fā)生崩解，容易發(fā)生此類工程事故。為了預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生，需要研究此地區(qū)巖石遇水崩解的規(guī)律及微觀機(jī)制。

許多學(xué)者針對軟巖崩解性展開了相關(guān)研究。何滿潮等[2]就軟巖工程力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，劉長武等[3]研究了泥巖遇水后力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律及崩解的微觀機(jī)理，吳道祥等[4]對安徽銅陵—黃山高速公路湯口—屯溪路段沿線的紅層軟巖的崩解性等方面進(jìn)行了相關(guān)研究，楊建林等[5]分析了泥巖飽和過程中崩解微觀機(jī)制。

本文選取宣城山區(qū)軍塘—西二110 kV輸電線路工程區(qū)域代表性紅砂巖，進(jìn)行室內(nèi)干濕循環(huán)崩解試驗(yàn)，觀察紅砂巖在水溶液下的崩解現(xiàn)象，探討其崩解規(guī)律和機(jī)理，為相關(guān)工程提供參考。

1 巖樣及試驗(yàn)過程

1.1 試樣樣品

本次試驗(yàn)巖樣見圖1，經(jīng)巖礦鑒定結(jié)果為：強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，物質(zhì)成分含黏土礦物(15%)、黏土質(zhì)(29%)、石英(48%)、長石(8%)；黏土礦物以高嶺石為主；黏土質(zhì)多為黏土團(tuán)粒和碎屑；長石以斜長石為主，多已高嶺土化和絹云母化。巖樣在顯微鏡下照片如圖2所示。

1.2 試驗(yàn)方案

取代表性巖樣分別進(jìn)行室內(nèi)浸水干濕循環(huán)崩解試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟：對天然狀態(tài)下的巖石，取80 g～120 g塊狀8塊，稱重后放入盛水的容器中，觀察崩解現(xiàn)象；浸水24 h后帶水過篩、風(fēng)干崩解物30 min后放入恒溫105 ℃烘箱里烘干12 h以上；然后取出放入干燥器冷卻到室內(nèi)溫度，對其進(jìn)行篩分試驗(yàn)(5 mm，2 mm，0.5 mm和0.25 mm標(biāo)準(zhǔn)篩)。如果試樣在水中崩解不徹底，將粒徑 0.25 mm以上的崩解物再進(jìn)行浸水24 h，取其崩解物烘干、篩分；如此往復(fù)進(jìn)行多次干濕循環(huán)直到崩解穩(wěn)定。

為了了解巖石初次浸水崩解情況，在首次浸水過程中，記錄初崩時間及浸水10 min，30 min，10 h，24 h后崩解情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 崩解現(xiàn)象分析

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖每次循環(huán)烘干后形態(tài)變化見圖3。

根據(jù)崩解現(xiàn)象及圖3可知：

1)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖浸水后迅速崩解，初崩時間67 s,浸水10 min巖塊已經(jīng)崩解，崩解物主要為大塊狀、碎塊狀、片狀底部有少量粉末狀沉淀；30 min崩解物主要為大塊狀、碎片狀、片狀，大塊狀減小，碎塊狀和片狀增多；24 h崩解物主要為大塊狀，碎塊狀，顆粒狀；經(jīng)過2次干濕循環(huán)巖石崩解完全，崩解物主要為顆粒狀和碎塊狀，少量大塊狀；2次～3次干濕循環(huán)后崩解物主要為細(xì)顆粒狀與粉末狀。

2)干濕循環(huán)后巖樣形態(tài)變化明顯，與初始形態(tài)差別顯著。在干濕循環(huán)作用下，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖在溶液中崩解劇烈，表現(xiàn)為強(qiáng)崩解特性。

3)完全崩解前崩解現(xiàn)象差異較大，崩解速度快；完全崩解后，崩解現(xiàn)象差異微弱，崩解速度緩慢；巖石在崩解過程中，崩解速度先快后慢，最后穩(wěn)定。

2.2 崩解物的顆粒分析

對強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的崩解物進(jìn)行顆粒含量分析。試驗(yàn)得到巖樣不同粒徑顆粒含量與干濕循環(huán)次數(shù)變化曲線，見圖4。

1)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖崩解劇烈，崩解速度快，各粒徑崩解物含量變化明顯，崩解物中粒徑大于5 mm及小于0.25 mm顆粒含量變化劇烈，粒徑0.25 mm～5 mm顆粒含量變化平緩。首次循環(huán)崩解物主要為粒徑大于5 mm顆粒；第2次循環(huán)后巖石完全崩解，崩解速度快，粒徑大于5 mm顆粒含量驟減，粒徑小于0.25 mm顆粒含量不斷增加，逐漸處于主要主導(dǎo)地位。

2)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，粒徑大于5 mm顆粒含量隨之減少，減少速度快，最后趨于穩(wěn)定；粒徑0.5 mm～5 mm顆粒含量先增大后減少，最后趨于穩(wěn)定；粒徑0.25 mm～0.5 mm顆粒含量逐漸增加，增加速度緩慢，最后趨于穩(wěn)定；粒徑小于0.25 mm顆粒含量隨之增加，增加速度快。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到靜態(tài)耐崩解指數(shù)I與干濕循環(huán)次數(shù)變化曲線見圖5。靜態(tài)耐崩解指數(shù)可按照下式計(jì)算：

其中，mi為第i次循環(huán)粒徑大于2mm顆粒質(zhì)量；mi-1為第i-1次循環(huán)粒徑大于2mm顆粒質(zhì)量。

由圖5可知:強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖靜態(tài)耐崩解性指數(shù)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而降低，前兩次循環(huán)靜態(tài)耐崩解性指數(shù)下降速度快，崩解速度快，崩解劇烈；后兩次循環(huán)靜態(tài)耐崩解性指數(shù)下降緩慢，崩解速度慢，崩解逐漸趨于穩(wěn)定。靜態(tài)耐崩解性指數(shù)越低，崩解性越強(qiáng)，干濕循環(huán)作用下，巖石崩解先快后慢，最后趨于穩(wěn)定。

經(jīng)過不斷浸水→失水→浸水干濕循環(huán)過程，巖體內(nèi)部不停獲得張拉應(yīng)力，引起巖石開裂，崩解速度加快。巖石礦物成分特別是蒙脫石、高嶺石、伊利石等黏土礦物對巖石的崩解性影響顯著，主要由蒙脫石決定[6，7]。從礦物成分分析看，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖物質(zhì)成分含黏土礦物(15%)、黏土質(zhì)(29%)、石英(48%)、長石(8%)；黏土礦物親水性強(qiáng)，抗水性能力差，黏土礦物以高嶺石為主，高嶺石與水化學(xué)作用引起巖石體積膨脹；黏土質(zhì)遇水膨脹軟化；石英化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗水性和抗風(fēng)化能力好；長石多已高嶺土化和絹云母化，親水性變強(qiáng)。由此可見，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖含有大量親水性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定礦物，表現(xiàn)出強(qiáng)崩解特性。從微觀結(jié)構(gòu)分析看，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，而泥質(zhì)結(jié)構(gòu)以泥質(zhì)膠結(jié)為主，泥質(zhì)膠結(jié)物表面有親水性極強(qiáng)的黏土礦物，吸收水分子進(jìn)入巖石顆粒空隙中，引起巖石崩解。另外，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化程度大，結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分已破壞。進(jìn)一步說明強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖具有強(qiáng)崩解特性。

3 輸變線路桿塔基礎(chǔ)施工建議

此工程塔位的泥質(zhì)砂巖易風(fēng)化，暴曬或長時間浸水易崩解，承載力及力學(xué)參數(shù)降低，可能產(chǎn)生孔壁坍塌、基坑塌方等不良地質(zhì)作用。為此，本文提出相應(yīng)施工建議：

1)施工時應(yīng)注意部分塔位附近有涵洞、水管，施工前應(yīng)仔細(xì)查看，應(yīng)切實(shí)做好護(hù)壁或支護(hù)工作，防止坍塌。2)基礎(chǔ)施工過程中做好排水工作，各塔位或者單個塔腿根據(jù)設(shè)計(jì)要求做成斜面形式，根據(jù)基坑排水量選擇合適的排水方法，為了防止坑壁坍塌可采取擋土板等措施進(jìn)行護(hù)壁[8]。3)同時做好防水工作，可采用砂漿抹面進(jìn)行崩解性巖體保護(hù)，砂漿可用M7.5～M10[9]。

4 結(jié)語

1)在干濕循環(huán)作用下，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖在水溶液中崩解劇烈，表現(xiàn)為強(qiáng)崩解特性，崩解先快后慢，最后趨于穩(wěn)定。2)干濕循環(huán)過程中，崩解物粒徑大于5 mm及小于0.25 mm顆粒含量變化劇烈，粒徑0.25 mm～5 mm顆粒含量變化平緩。首次循環(huán)崩解物主要為粒徑大于5 mm顆粒；第二次循環(huán)后，粒徑大于5 mm顆粒含量驟減，粒徑小于0.25 mm顆粒含量逐漸處于主要主導(dǎo)地位。3)礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度是強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖崩解特性的主要影響因素。4)基礎(chǔ)施工過程中，認(rèn)真做好防水、排水工作，防止巖石浸水崩解。

[1] 甘文寧.紅砂巖工程特性的試驗(yàn)研究及應(yīng)用[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué),2014.

[2] 何滿潮，景海河，孫曉明.軟巖工程力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3] 劉長武,陸士良.泥巖遇水崩解軟化機(jī)理的研究[J].巖土力學(xué),2000,21(1):28-31.

[4] 吳道祥，劉宏杰，王國強(qiáng)，等.紅層軟巖崩解性室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010,29(S2)：4173-4179.

[5] 楊建林,王來貴,李喜林,等.泥巖飽水過程中崩解的微觀機(jī)制[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(4):476-480.

[6] 鄭 順，易平華，時 寧.紅砂巖崩解性試驗(yàn)研究[J].交通科技，2013(4)：1671-1672.

[7] 柴肇云,張亞濤,張學(xué)堯，等.泥巖耐崩解性與礦物組成相關(guān)性的試驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2015,40(5):1188-1193.

[8] 馬金松.淺談輸電線路基礎(chǔ)施工的技術(shù)措施[J].中國電力教育,2010(S1):791-793.

[9] 魯先龍,乾增珍.輸電線路基礎(chǔ)工程中的環(huán)境巖土問題及設(shè)計(jì)對策[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2009(S1):253-256.

The test research on disintegration characteristics of transmission line tower foundation sandstone

Cheng Zhiyu Yang Dezhi Li Feng

(Xuancheng Power Supply Company, Anhui Electric Power Company, State Grid Corporation of China, Xuancheng 242000, China)

Taking the area representative red sandstone as the research object of Juntang-Xi’er 110 kV transmission line engineering construction by Anhui Xuancheng mountainous area, this paper carried out the dry and wet cycle indoor disintegration test, through the analysis on disintegration phenomenon and disintegration thing particles, discussed the regularity and mechanism of sandstone disintegration, put forward construction suggestions of transmission line tower foundation.

sandstone, wet and dry cycle, disintegration thing, transmission line

1009-6825(2016)30-0077-03

2016-08-18

程智余(1966- )，男，工程師； 楊德志(1973- )，男，工程師； 李 鳳(1968- )，女，工程師

TU458

A