水泥搅拌桩在变电站软基边坡抗滑治理中的应用

谭可立

(广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

水泥搅拌桩在变电站软基边坡抗滑治理中的应用

谭可立

(广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

通过理论计算，结合某500kV变电站工程实例，介绍了将水泥搅拌桩做为抗滑桩的设计方案在软基边坡抗滑处治中的应用，对该工程边坡稳定性进行了分析，进一步提出该软基边坡处理技术的应用范围。

水泥搅拌桩；抗滑桩；软基边坡。

1 概述

随着变电站工程的快速发展，越来越多的变电站建造在由深厚软土组成的鱼塘、农田等软弱地基上。软基边坡处理通常采用重力式挡墙或钢筋混泥土抗滑桩等，施工工期较长，造价较高，且在深厚软土中基础开挖存在安全隐患。本文将结合某500kV变电站工程设计及施工实例，介绍水泥搅拌桩在变电站软基边坡抗滑设计中的应用。

2 工程概况及地质条件

2.1 工程概况

500kV沧江变电站位于广东省佛山市高明区，变电站占地面积6.13hm2。变电站站址原始地形为山地及鱼塘，场地平整后为半挖半填，位其中部分填方区边坡位于鱼塘上，为软土地基；最大边坡高度达12m，该填方边坡做法为自然放坡，坡率为1:2，浆砌块石护面。

2.2 工程地质条件

边坡地基上覆岩土层为：①淤积层：淤积淤泥及淤泥质土；②冲积层：粉质粘土、砂土层(粗砂)；③坡积层：粉质粘土；④残积层：砂质粘性土；⑤下伏基岩为晚侏罗系黑云母花岗岩。

其中淤积层分淤泥及淤泥质土两层。在边坡范围内厚度约2m～3m。淤泥(层号②)：饱和，流塑，淤积。淤泥质土(层号 ②1)：实测标贯击数1～5击，很湿，流塑，淤积成因。

冲积层按成份及岩土特性可分为可塑粉质粘土层(层号③)和粗砂层(层号③2)。其中可塑粉质粘土层厚度约3m～5m。灰黄色、灰白色、褐灰色；粘性较差，土质不均匀，切面粗糙，含多量石英中、粗砂颗粒。标贯击数7～11击，湿，可塑，冲积。

表1 主要岩土层的力学参数

3 边坡抗滑加固方案

由于淤泥及淤泥质土深度较大，平均深度达2m～3m，且淤泥土下层人有较厚的可塑状态的粉质粘土，平均深度达3m～5m，若不进行边坡抗滑处治，则最高边坡处边坡稳定系数仅为0.96，不符合规范要求；若完全清除软土则工期较长，外运土方工程量巨大，且施工难度较大，施工安全存在巨大隐患。

因此边坡地基方案考虑只清表层淤泥及淤泥质土，边坡回填土直接回填在可塑状态的粉质粘土上；回填土填料取自挖方区山体，为砂质粘性土；回填采用分层碾压，每层填土厚度30cm，压实系数0.94。

拟在边坡坡脚采用水泥搅拌桩作为抗滑桩，以保证边坡稳定。水泥搅拌桩直径选用500mm，搅拌桩桩中心距选用400mm，即两相邻搅拌桩桩身搭接；共采用三排桩身搭接的水泥搅拌桩，两排搅拌桩间距3m；有效桩长约5m～10m，持力层为粗砂层。

4 边坡稳定计算分析

4.1 设计原理

在此工程边坡抗滑计算模型中，水泥搅拌桩为柔性抗滑桩。利用水泥作为固化剂，通过专用的搅拌机械，将水泥浆注入地层，并与地层中的软土强制搅拌均匀，水泥和软土混合后，产生一系列物理－化学反应，使软土硬结形成具有一定强度的桩体，从而达到加固边坡最危险滑移面的目的。因此可以将坡脚处水泥搅拌桩加固土体区域视为换填处理。故边坡抗滑计算等同于复杂土层边坡稳定计算。

4.2 计算公式

采用圆弧滑动法时，边坡稳定性系数可按下式计算[1]：

式中：KS为边坡稳定性系数； Ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值(kPa)；αi为第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值(º)；Li为第i计算条块滑动面长度(m)； θi为第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角(º)； Gi为第i计算条块单位宽度岩土体自重(kN/m)； Gbi为第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重(kN/m)； Pwi为第i计算条块单位宽度的动水压力(kN/m)；Ni为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力(kN/m)； Ti为第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力(kN/m)； Ri为第i计算条块滑动面上的抗滑力(kN/m)。

4.3 参数选取

500kV沧江变电站重要性等级高，边坡破坏后果很严重，且为其土质边坡，因此该边坡安全等级为一级，圆弧滑动法验算边坡稳定安全系数应以大于1.30。

根据工程经验及相关理论研究，搅拌桩桩体的粘聚力c=100kPa～1000kPa，内摩擦角=20° ～30°。本工程取偏安全的数值；而搅拌桩加固范围的水泥土粘聚力平均值取搅拌桩桩体的一半。计算模型中各土层性质参数取值见表2。

通过多次迭代计算，得最危险边坡滑移线见图2，滑动半径=22.053(m)。总的下滑力=930.612(kN)，总的抗滑力=1391.805(kN)，土体部分下滑力=930.612(kN) ，土体部分抗滑力=1391.805(kN)，滑动安全系数=1.496，满足规范要求的边坡稳定系数要求。抗滑加固后边坡稳定系数提高1.56倍。

表2 各土层粘聚力c和内摩擦角φ取值

图2 边坡计算结果

5 结语

试桩后，通过现场取土试验，搅拌桩桩体及加固范围土体性质参数与计算假设一致。目前，500kV沧江变电站工程边坡施工完成超过2年，并顺利投产。经过边坡沉降监测，该工程边坡质量优秀，未发现边坡严重变形，水泥搅拌桩抗滑桩在该变电站边坡抗滑处治中的应用，收到了良好的效果。

同时，笔者认为搅拌桩抗滑桩的应用仍然有一定的局限性，并不能完全代替传统的抗滑桩：

(1)当地基土含水量大于100%时，搅拌后土的固化效果不明显，一般认为，含水量略大于液限含水量时效果最佳；当有机质含量大于5%、腐植质含量大于1 %或pH值< 4 时，固化效果不明显。因此，在确定采用水泥搅拌桩加固软土地基或边坡前，宜现场取土试验；

(2)本工程计算模型中搅拌桩桩体粘聚力和内摩擦角均为假设值，由于各地施工水平不一，实际工程中必须在试桩后现场取土试验，验证土体性质参数与计算假设是否一致；

(3)水泥搅拌桩抗滑桩为柔性抗滑桩，其抗剪承载力较低，但边坡较高或者边坡坡率较陡的工程中应用水泥搅拌桩抗滑桩，应进行充分的理论计算以及经济比较，择优选择技术方案。

[1]GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S]．

[2]叶书麟，叶观宝．地基处理与拖换技术[M]．中国建筑工业出版社，2005．

[3]唐云，王桃源．深层水泥搅拌桩在港工软基边坡加固中的应用[J]．中国港湾建设，2009，(6)．

Application of Cement Mixing Pile to Prevent Sliding Treatment of Weak Soil Slop in Substation

TAN Ke-li

(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, China)

Base on the theory calculation,combined with the project of a 500kV substation,presenting an application of cement mixing pile to consolidation of weak soil slop,and analysing the stabilization of the slop,depicting the application area of the consolidation technic of slop.

cement deep mixing pile; anti-slide piles; weak soil slop.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0001-03

2011-03-28

谭可立(1982- )，男，江西萍乡人，硕士，工程师。