变电站岩溶地基勘察与地基基础处理

【摘要】岩溶地区变电站常受地下溶洞等不良地质基础影响易造成建构物塌陷、变形，危及建构物安全。本文介绍了岩溶区变电站勘察手段，阐述了岩溶区地基基础处理措施。根据勘察成果有针对性地采用了不同地基基础处理方案，有效地提升地基的强度，保障了建构物安全，取得了较好的经济效益。

【关键词】岩溶勘察;地基处理;基础施工

1、工程概述

某变电站位于低矮丘陵山地，植被茂盛;地形整体平坦，起伏不大。北侧地势较低，为一片农作物菜地。区内基岩分布以三迭系下中统灰岩为主，岩层倾向北西向，区内无大的断层通过。站址规划容量2000MVA，一期新建1台1000MVA变压器。距站址约120米有县级公路通过，交通较为方便。

2、站址勘察及岩溶发育情况

2.1 站址勘察

本站址首先采用了高密度电测深法探测基岩埋深和溶洞、土洞分布，划分上覆松散沉积层序和风化带。其次采用常规的钻探全断面取芯获取站址区地质资料，对岩溶发育区，增加钻孔数量和钻孔深度。再次对物探异常区采用钻孔验证。最后对岩溶较发育地段，采用跨孔电磁波计算机层析成像（CT）技术探测地下洞穴、隐伏断层、破碎带空间分布。经过综合勘探，站址区自上而下主要地层如下：素填土、硬塑粉质粘土、可塑粉质粘土、软塑～流塑粉质粘土、中厚层～厚层灰岩，基岩面起伏较大，部分钻孔发现溶洞，岩石较破碎。地下水位埋深1.8～2.3米，水量较丰富。

2.2 岩溶发育情况

根据勘探揭示，发现溶洞的钻孔占30%，岩溶发育，主要为基岩表面溶沟溶槽、浅层溶洞和深层溶洞。大部分分布在综合配电楼地段，岩溶发育对于变电站的建设来说十分不利，但是由于多方面综合因素的影响，无法更换变电站站址，只能在此基础上实施地基处理。

3、岩溶地基稳定性分析与评价

3.1溶洞稳定性定性评价

变电站场地内上覆地层主要为粉质粘土，故变电站场地在建筑物建成之后的使用期间内其溶洞继续发展速度是非常缓慢的，且影响场地溶洞顶板稳定性的关键因素在于建筑物荷载大小、洞体形态以及埋藏条件、岩层厚度以及顶板情况等因素。基于此可以判断本场地岩溶分布地基是一个较为稳定的地基。

3.2土洞形成可能性分析

站址区主要为粉质粘土直接覆盖在灰岩表面，且在该地段地下水活动基本上不会对土层造成很大的侵蚀作用，通常不容易形成土洞;在整个勘探过程中也没有发现土洞。但在完成工程建设之后，如果在站址场地周围进行地下水的大量开采，或者因为人类其他活动等各方面的影响导致站址场地地下水活动程度增加，那么很有可能在基岩表面的软塑～流塑粉质粘土中形成土洞甚至出现土洞塌陷的可能，为防止土洞发生，拟对此地段地层进行高压喷浆处理。

3.3溶洞顶板稳定性定量评价

本变电站场地岩溶顶板主要是中厚层-厚层状灰岩，且具有很高的强度，结合相关准则可以按照顶板跨中有裂缝以及顶板两端支座处岩石完整坚固情况来考虑，验算顶板稳定性需要符合抗弯强度验算以及抗剪强度验算。对于其他溶洞地段而言，因为基础底面以下的土层厚度是独立基础宽度的3倍还多，且本工程针对软土实施了加固处理，则在使用的时候很难形成土洞，因此不用考虑岩溶对地基稳定性影响;针对那些较小的溶洞如果采取筏板基础，既能够起到跨越作用，也可以保证岩溶地基的稳定性。

4、岩溶地基处理

第一，溶洞处理。溶洞应根据实际地质资料进行处理。地基是单层溶洞，其天井难以满足荷载要求，因此有必要对洞室进行加固。为了满足稳定性和可靠性的要求，需做以下处理。当建筑荷载很大，且支撑点也在搭接洞口上，需与设计部门协商调整平面布置，重新设置柱间距，以避开重叠洞口，并在结构上跨越洞口，注意搭接岩石的牢固度入口两侧。如果溶洞内有软弱土层、碎石块石等软弱、松散，沉降大，稳定性差填料时，必须采取有效的处理措施，才能成为变电所建筑物的地基。如果岩石表面的体积高度大于1米，或溶洞的平面尺寸大于1米，或可用岩层的实际埋深大于8米，根据变电站的实际需要，可制作支护桩，用桩将奇石与柱子连接起来，边上应加适量的嵌钉。冲孔桩进入岩石后，其深度应大于桩径的5倍。如果实际值低于此要求，则应根据实际地质资料检查并深化工作。本场地由于地下水丰富，在重要建筑物地段，岩溶地基采用冲孔灌注桩。

第二，土洞处理。岩溶地区土洞对变电站的影响大于溶洞。从成因上看，洞穴埋藏浅，分布较细，发育迅速。另外，顶板强度极低，危害也很大。对土洞处理常采用以下方法。填垫法适合于裸露岩溶土洞附加荷载相对较小的情况。在其最底部位置，块石和片石作为填料，其中部位置用的是碎石，而且上层用土、或者混凝土对其进行填塞可保证地下水的循环，形成半滤层。对于已经充填的溶洞，当材料本身力学性能较弱时，可采用换填材料进行处理。首先，洞内所有的填充物都要清除，并用石头、沙子、石头和混凝土等建筑材料代替。浅溶岩洞穴必须进行挖掘。如果洞内有软弱土层，则将其彻底的挖除干净，再进行填充，这种方法主要适用于轻型建筑结构，并根据地下水的具体情况进行评价。为有效地提高质量，在块石、片石填充过程中应适当注入水泥浆。在基础上，对于较近溶洞和土洞，不仅要去除孔中的软土，还要将钢筋和废钢放在孔的位置上，然后用混凝土填充。

本变电站无土洞，不需要进行土洞处理。但根据上述分析，人类活动将影响地下水运动加剧，很有可能导致分布在基岩表面的软塑～流塑粉质粘土有形成土洞甚至出现土洞塌陷可能。故在此区域实施高压喷射注浆处理，提高土体强度。

第三，塌陷处理。当岩溶地基出现塌陷现象时，可采用以下方法：首先清除崩塌处的软土，用石块、砂石、砾石等充填形成反滤层，在其上面覆上粘土并夯实之。跨越法：主要应用在塌陷坑、土涧较深处，开挖回填过程中若存在着困难，则可采用该种处理方法。通常情况下，一般以梁板跨越为基础，两端有岩土支护。其方法是用10～20吨的锤进行自由落体运动，产生以强烈的冲击力，夯实土壤。灌注法：灌注法是将填料注入钻孔内，增强土体强度，填充岩浆间隙，然后在地下进行充填，主要灌浆材料为水泥、砂、矿渣、水玻璃等，灌注方法选择低压间歇定量式。本变电站场地无塌陷，不需要塌陷处理。但在软塑～流塑粉质粘土中实施高压喷射注浆处理，提高土体强度，減少建构物变形量。

结语：

通过施工检验，本站址的勘察成果正确。该变电站运行之后从现场监测到的各项数据表明，站址场地地基基础处理可靠，所有运行指标都非常稳定，取得了较好的经济效益和社会效益明显。实践表明：在岩溶发育的灰岩地基上面建设变电站，只要勘察手段全面、资料正确，地基处理合理、施工方法可靠，一样能建成优质、高效的精品工程。

参考文献：

[1]尚义敏，李芝军，彭斌.湖北黄石220kV向家咀变电站岩溶地基稳定性分析及处理方案研究[J].资源环境与工程，2009，023（F08）：P.91-94.

[2]徐学文，康彦军.浅谈高速公路岩溶区的勘察与地基基础处理[J].山西建筑，2009（19）：104-105.

[3]莫一星.岩溶地区高大建筑物地基工程的勘察及处理探讨——以柳铁多种经营职工培训基地为例[J].工程地质学报，2000（S1）：284-289.

[4]唐合岗，常婷.关于岩溶地区建筑工程勘察及地基基础设计优化的研究[J].文摘版：工程技术，2015.

作者简介：

江志军（1965.06-），男，湖南长沙，汉，本科，高级工程师，从事工作：岩土工程勘察。