变电站挡土墙沉降位移及地基加固处理研究

彭仕雄

1　工程概况

某变电站扩建工程建于2015年6月。扩建构筑物主要包括主变基础及10kV室、电容器室、事故油池等，占地面积约4000m2。扩建场地原为山间洼地和鱼塘，设计标高需要回填至与前期场地持平，扩建场地北面为2～5m高的浆砌块石挡土墙，在日常的运行中并未产生作用。在施工过程的检测中发现与北面挡土墙相邻的10kV线路铁塔扩建场地挡土墙沿线有不同程度的沉降位移，对其进行测量、分析结果显示沉降位移现象并无停止的趋势。

2　工程地质条件

根据《工程岩土勘测报告》，场地岩土层的情况如下。

素填土（Qml）：色泽灰黄，为粉质黏土，湿度大，松散。混杂较多砂岩碎石块，一般块径2～20cm，最大块径82cm。底层标高-5.4～8.2m，厚2.5～4.9m。

粉质黏土（Qdl）：棕红色混有棕黄色，湿度大，松散，局部可塑。混合有8～10%的砂岩碎块和铁质颗粒，粒径0.5～4cm，标贯为3～13击。顶层标高-5.1～7.6m，底层标高-4.5～6.4m，厚 0.80～1.96m，Fk=130kPa。

粉质黏土（al+pl）：灰白混有灰黄色，湿度大，可塑，含有10～15%石英粉细沙，黏性较差，标贯为4～8击。顶层标高-4.60～7.83m，底层标高-1.01～5.79m，厚 0.80～1.89m，fk=120kPa。

风化变质岩砂岩：灰白色，呈土状，易碎，可见其原层结构。厚度为0.6～1.2m，顶层标高-0.59～4.98m，底层标高-1.78～3.98m，标贯击数 30～50击。Fk=350kPa

3　挡土墙沉降位移原因分析

初步分析了解到，10kV线路铁塔扩建场的挡土墙本身自重约为400～480kN/m，在不考虑土的侧压力的前提下作用于地基的压力约为100～120kPa。由于该段挡土墙持力层为第一层素填土，在施工中未经充分的压实处理。持力层以下为淤泥层，淤泥中含有的有机物较多，土壤空隙较大，并且含水量也较大。所以，对于素填土层和淤泥层来讲地基承载力远远小于100kPa，在上部挡土墙和填土载荷的双重作用下，基底素填土层被压实，并将这部分作用力传递到淤泥层，淤泥层水分被排挤，两层土被压缩，引起地基出现不均匀的沉降。挡土墙受到相邻的变电站扩建施工的影响，10kV线路铁塔扩建场地沿线的）挡土墙底层淤泥受到扰动而产生位移。

由于淤泥的空隙和含水量较大，其收缩固结的过程中将引起较大删除的沉降，但是由于淤泥中的空隙较小所以发生沉降的幅度较小。排水固结的过程十分的缓慢，需要删除很长的时间才能到达理想的固结效果。在挡土墙的使用中，素填土层和淤泥层的压缩才刚刚开始，如果不采用很好的加固措施，在以后的使用中，挡土墙将继续下沉和位移，甚至出现结构性的坍塌。

4　地基加固方案

为确保挡土墙的安全，首先改善挡土墙持力层的地基性质。在施工中主要可以采用高压旋喷注浆法、压密注浆法、搅拌桩法、碎石桩法四大施工方式。挡土墙顶层面宽仅有1.2～1.3m、并且10kV线路铁塔扩建场地已经在脱产运行中，场地上高压线密布，铁塔净高小。受带电安全施工要求的影响，不能在挡土墙上和场区内进行垂直施工。所有的加固方式都需要在站外斜孔钻进加固，以保证很好地处理挡土墙的地基土，增强加固效果。在施工中可以选用高压旋喷及压密注浆法施工，斜孔钻进作业不受影响。

结合现场的情况在平面上处理范围总长为50m。根据各部位的受力情况分析，纵向加固处理范围需要搭配淤泥层以下地基承载力大于170kPa的土层。结合钻探资料，为保证加固的效果，要求加固深度不小于深入风化岩层40cm，加固深度标高至少为-2.97m。

4.1　高压旋喷注浆加固方案

4.1.1加固原理

使用钻机在挡土墙上进行钻孔，使用高压泵对挡土墙下的填土层和淤泥层进行切割、置换。通过压力的影响将软体土层通过返渣排出孔外。余下的土层在高压浆流的搅拌下充分混合，胶结形成具有高强度、高稳定性，连续完整的水泥桩体，从而增强地基的持力能力。

4.1.2施工及检验技术要求

当注浆管插入土中，喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后，随机按旋喷的工艺要求，提升注浆管，由下而上喷射注浆。旋喷施工时最低的1m及挡土墙下1m到孔口处进行1次复喷处理，注浆管要保证分段提升的塔接长度不小于100mm，以防止旋喷的过程中产生影响导致地基变形，同时要对挡土墙进行沉降观测。施工中要如实记录高压旋喷注浆的各项参数和出现的异常现象。高压旋喷注浆法可以采用钻孔抽芯、标准灌入等方式进行检验。检验点数量的设计应为施工注浆孔数的2～5%，不合格的要进行处理。质量检验应在注浆结束后28d进行。

4.2　袖阀管灌浆加固设计

袖阀管灌浆法通过在钻孔中通入袖阀管，在孔内注入套壳料，当套壳料有一定强度之后，安装注浆管对套壳料开环，再利用上下设置栓塞的注浆管进行分段灌浆。袖阀管灌浆法的优点是可以对任何一个孔段进行多次注浆，可以保证注浆浆液在地层内充分均匀渗透，以很好的保证加固效果；灌浆过程中，冒浆和串浆的发生概率较小；作用机理属于浆液对底层的挤密填充，不会由于施工扰动产生附加沉降；钻孔和灌浆作业可以分开进行，有效的提升工作效率，保证工程质量。

缺点也很明显：袖阀管不能多次使用，导致成本增加；在灌浆作业中需要多次的灌浆；主要依靠对地层压密后用浆液填充，填充量极为有限，地基强度不能得到很大程度的提高。

5　技术比较

以上两种方式的工程造价差别不大，袖阀注浆加固效果相比较高压旋喷注浆法可以节省部分花销。从施工效果来看，高压旋喷桩加固从均匀性和加固效果来看比袖阀管灌浆法好一些，并且受力体更加合理。综合考虑各个方面的条件，本工程在施工中采用高压旋喷注浆法对10kV变电站挡土墙地基进行加固处理。

[1]梅狄克.变电站软土区挡土墙稳定性分析及基底强夯挤淤处理研究[D].浙江大学，2014.

[2]谢辉，卓越，陈英，等.变电站场地沉降及挡墙变形的分析及治理[J].铜业工程，2017（1）：86～90.