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      惠州某220 kV變電站復(fù)雜邊坡設(shè)計(jì)與分析

      2021-01-14 09:59:46侯光榮
      廣東土木與建筑 2020年12期
      關(guān)鍵詞:挖方填方魚(yú)塘

      侯光榮

      (佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司 廣東佛山528200)

      1 工程概述

      惠州某220 kV 變電站經(jīng)過(guò)多站址比選并征求城市規(guī)劃部門(mén)的意見(jiàn)后,最終選址于惠州市河南岸鎮(zhèn)。場(chǎng)地地貌由丘間溝谷及較陡山地組成,北面原為楊洞坑水庫(kù),現(xiàn)已廢棄為魚(yú)塘,西南面為平地,東面地勢(shì)較高,站址內(nèi)相對(duì)高差約65.30 m,變電站內(nèi)地形起伏很大。為了減少挖填方工程量和高邊坡的治理工程量,經(jīng)過(guò)常規(guī)方案、戶外GIS 方案、戶內(nèi)GIS 方案的綜合經(jīng)濟(jì)比較,戶內(nèi)GIS方案是比較經(jīng)濟(jì)的。

      為了使戶內(nèi)GIS 布置方案各項(xiàng)指標(biāo)更優(yōu),論證了不同場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高,不同出線方向,不同進(jìn)站道路入口及其各種組合后,認(rèn)為配電裝置樓平行于規(guī)劃道路布置,變壓器靠規(guī)劃道路一側(cè)布置,電纜均在遠(yuǎn)離規(guī)劃道路一側(cè)出站,且全站場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高為41 m高程的情況下,本變電站各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu),變電站總平面布置如圖1所示。

      在總平面布置確定后,變電站挖方邊坡高度達(dá)38 m,填方邊坡厚度達(dá)22 m,均超出了《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范:GB 50330-2013》[1]的適用范圍,所以魚(yú)塘淤泥的處理、超高邊坡設(shè)計(jì)、深厚填土地基處理是本工程設(shè)計(jì)面臨的難題,下面按照施工的先后順序?qū)χ饕y題進(jìn)行分析論證。

      圖1 總平面布置Fig.1 General Layout

      2 魚(yú)塘淤泥的處理

      變電站北面為廢棄的楊洞坑水庫(kù),現(xiàn)為魚(yú)塘,根據(jù)補(bǔ)充鉆探的結(jié)果,魚(yú)塘水面底下,第1 層為1.2 m 厚素填土,第2 層為1.1~3.2 m 厚的粉質(zhì)粘土,第3 層為3.0 m厚的淤泥質(zhì)土,淤泥質(zhì)土的標(biāo)貫擊數(shù)為2擊,第4層為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。淤泥的具體分布范圍如圖2所示。

      魚(yú)塘中淤泥位于填方邊坡的坡腳,如果不處理淤泥,則隨著填土的加厚,淤泥會(huì)逐漸固結(jié)而發(fā)生沉降,會(huì)導(dǎo)致邊坡下沉坡面開(kāi)裂,甚至導(dǎo)致滑坡,為保證邊坡和變電站的安全,淤泥必須處理。

      圖2 淤泥分布范圍Fig.2 Distribution of Silt

      淤泥處理一般可以利用水泥攪拌樁、碎石樁、高壓旋噴樁等增強(qiáng)體形成復(fù)合地基[2,3],也可以挖出淤泥換填碎石等材料,也可以采用拋填塊石強(qiáng)夯置換法處理[4-6],考慮到本站的魚(yú)塘地勢(shì)很低,淤泥的面積相對(duì)較小,同時(shí)本站要用強(qiáng)夯法處理填土,施工設(shè)備可以共用,所以決定采用拋填塊石強(qiáng)夯置換法處理淤泥。

      具體施工過(guò)程如下:

      ⑴沿征地線外側(cè)填筑施工圍堰,抽干圍堰內(nèi)水。

      ⑵在圍堰與山體圍成的閉合范圍內(nèi),滿鋪1.5 m厚的級(jí)配塊石。

      ⑶用能量3 000 kN·m、直徑2.4 m 的夯錘,間隔7 m 等邊三角形布點(diǎn)施工,形成2.8 m 直徑的置換墩,墩身長(zhǎng)約5~8 m,須穿透素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥層達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖層。

      ⑷施工的順序是先內(nèi)后外,要求累計(jì)夯沉量達(dá)到設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)的1.5~2.0倍,且最后2擊的平均夯沉量不大于50 mm。

      ⑸繼續(xù)在前面已經(jīng)形成的置換墩中間位置用同樣的方法施工,形成全部置換墩。

      ⑹然后推平場(chǎng)地,再用1 000 kN·m的能量滿夯。

      ⑺最后表面分層碾壓鋪填600 mm 的碎石墊層完成施工。

      ⑻用標(biāo)貫和靜載進(jìn)行復(fù)合地基檢驗(yàn),要求復(fù)合地基承載力達(dá)到180 kPa。

      ⑼復(fù)合地基檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行上部填土施工。

      3 填方邊坡設(shè)計(jì)

      變電站北面魚(yú)塘中的軟基已經(jīng)采用強(qiáng)夯置換法處理并檢驗(yàn)合格。變電站站內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高到魚(yú)塘底最大高差為22 m,填方邊坡安全等級(jí)為二級(jí)。

      ⑴根據(jù)規(guī)范和其他工程經(jīng)驗(yàn),初步確定邊坡坡比為1∶1.75,第一、二級(jí)(自上而下)坡高為8 m,坡面采用漿砌石網(wǎng)格植草護(hù)坡。第三級(jí)坡高為6 m,坡面滿鋪400 mm 漿砌石護(hù)坡。第一、二級(jí)邊坡之間設(shè)3.0 m寬的馬道,第二、三級(jí)邊坡之間設(shè)2.5 m 寬?cǎi)R道,邊坡斷面如圖3所示。

      圖3 填方邊坡斷面Fig.3 Section of Fill Slope

      ⑵第三級(jí)坡體下半部位于魚(yú)塘中,參考水利工程中土壩排水棱體的做法[7],將第三級(jí)坡體全部用級(jí)配碎石填筑,要求壓實(shí)系數(shù)不小于0.94。設(shè)置排水棱體的好處是魚(yú)塘水位漲落都不會(huì)破壞邊坡坡腳;另一個(gè)作用是填方邊坡中下滲的雨水可以及時(shí)排出,不影響邊坡的穩(wěn)定性;排水棱體也可以起到過(guò)濾作用,防止填方邊坡中細(xì)顆粒土的流失,可以更好的保證邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

      ⑶設(shè)計(jì)時(shí)填方邊坡未施工,不可能知道填土的力學(xué)參數(shù)c和φ值,只能根據(jù)填土的組成和填土處理的方法,參考其它工程經(jīng)驗(yàn),初步擬定c=16 kPa、φ=19°,然后利用理正軟件和GeoStudio 軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.323和1.307,均滿足規(guī)范要求。

      4 填方邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)證

      為了保證邊坡的穩(wěn)定和滿足坡頂建筑物的承載力和沉降要求,填土的地基處理采用分層填土碾壓及分層強(qiáng)夯的地基處理方法[8]。

      填土必須按虛鋪500 mm 一層分層碾壓施工,邊坡部分的壓實(shí)系數(shù)不小于0.94,其他部分不小于0.92,要逐層檢驗(yàn)壓實(shí)系數(shù),滿足要求后方可繼續(xù)上部填土。

      本站填土邊坡深度為22 m,按照從下往上的順序,并結(jié)合邊坡分級(jí)的高度,當(dāng)填土厚度分別達(dá)到6 m、10 m、14 m、18 m、22 m時(shí)采用2 000 kN·m的能量進(jìn)行強(qiáng)夯。

      每層強(qiáng)夯結(jié)束后,間隔10 d再進(jìn)行地基承載力檢驗(yàn),要求處理后填土的承載力特征值達(dá)到180 kPa,同時(shí)為了驗(yàn)證填方邊坡的穩(wěn)定性,需采用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)測(cè)定填土的實(shí)際c和φ值。

      根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告[9],填土承載力均達(dá)到180 kPa,滿足設(shè)計(jì)要求。四組現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)測(cè)定值的平均值分別為c=18 kPa、φ=31°,再利用理正軟件和GeoStu?dio 軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算,邊坡穩(wěn)定系數(shù)K分別1.45 和1.38,均達(dá)到了一級(jí)邊坡規(guī)范要求的安全系數(shù)。

      5 挖方邊坡的設(shè)計(jì)

      本變電站最大挖方邊坡高度38 m,自上而下土層構(gòu)成為粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖,根據(jù)巖土勘察報(bào)告,該邊坡中不存在軟弱夾層,不存在順層滑坡可能,粉質(zhì)粘土的c=22 kPa、φ=28°,強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的c=25 kPa、φ=35°,中風(fēng)化粉砂巖的c=300 kPa、φ=35°。

      參照規(guī)范和其他工程經(jīng)驗(yàn)[10],并確保邊坡用地不超征地線的前提下,初步擬定邊坡坡比為1∶1.25,第一、二、三級(jí)(自下而上)坡高為10 m,第四級(jí)坡高為8 m。每級(jí)邊坡之間設(shè)2.5 m 寬的馬道(見(jiàn)圖4)。邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。

      由于坡體土質(zhì)構(gòu)成比較好,先不設(shè)錨桿或錨索的情況下,利用理正軟件和GeoStudio 軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.21 和1.15,達(dá)不到一級(jí)邊坡規(guī)范要求的穩(wěn)定系數(shù)。

      再按2.5 m×2.5 m 間距在第一、二、三級(jí)坡體中增設(shè)φ28的鋼筋錨桿,第四級(jí)自然放坡。再利用理正軟件和GeoStudio軟件分別進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算,通過(guò)反復(fù)調(diào)整錨桿長(zhǎng)度,最終確定錨桿的長(zhǎng)度有8 m、12 m、15 m三種,具體布置如圖4所示。邊坡最終的穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.45、1.38,均大于一級(jí)邊坡規(guī)范要求的安全系數(shù)。坡面采用鋼筋混凝土格構(gòu)梁+生態(tài)袋護(hù)坡。

      圖4 挖方邊坡斷面Fig.4 Section of Excavation Slope

      6 邊坡監(jiān)測(cè)

      本變電站挖方邊坡高38 m,安全等級(jí)為一級(jí),填方邊坡深度22 m,安全等級(jí)為二級(jí),根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》的要求,均須進(jìn)行邊坡水平位移、豎向位移、錨桿拉力等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)工作。從施工開(kāi)始到投產(chǎn)后2年,總共連續(xù)4年監(jiān)測(cè)了相關(guān)內(nèi)容,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,所以本變電站高邊坡設(shè)計(jì)是成功的。

      7 結(jié)論

      本變電站站址地形高差大,地形構(gòu)成元素復(fù)雜在電網(wǎng)工程建設(shè)中都是不多見(jiàn)的。為了經(jīng)濟(jì)首先從變電站的布置形式進(jìn)行大方案的比選論證,然后結(jié)合地形、電纜出線方向、站址標(biāo)高等進(jìn)行方案的再優(yōu)化,最大限度的減少了高邊坡和地基處理的工程量。本站無(wú)論是挖方邊坡高度還是填方邊坡深度都超出了文獻(xiàn)[1]的適用范圍,經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì),本變電站已經(jīng)投產(chǎn)4年,經(jīng)過(guò)對(duì)邊坡和地基變形的觀測(cè),變形指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,保證了變電站的安全運(yùn)行,特別是結(jié)合深厚填土的處理方法選用拋石強(qiáng)夯置換法處理魚(yú)塘淤泥,利用現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了填土邊坡的安全度,是值得同行在類似工程中借鑒的。

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