电力论文：来宾某变电站站址塌陷区原因分析及治理
来宾某变电站站址塌陷区原因分析及治理
刘卫今
广西安科岩土工程有限责任公司广西南宁530023
摘要：来宾某变电站在连续降水后出现塌陷，经勘察，明确岩溶及岩土体是塌陷的内在因素，地表水的下渗潜蚀作用，是塌陷的主要因素，建议采用防水、挖除换填及静压灌浆等方法处理，效果良好。
关键词：塌陷岩溶地表水挖除换填
前言
来宾市某变电站位于来宾市凤凰镇凤凰工业园规划区内。站址东南侧紧邻八一锰矿冶炼厂。该变电站位于工业园区边缘。2009年5月凤凰镇连续大雨后，变电站开始出现塌陷，随后，相关专业进场对塌陷区进行勘察。
1站址岩土工程条件
1．1地形地貌
站址区属岩溶残丘地貌，场地微地貌为土丘，地形起伏大。场地地面高程介于130m～160m之间，最大高差达30m。场地内均为土层覆盖，原为种植桉树的山地，现场地已平整，场地内揭露几处灰岩石山，揭露灰岩溶蚀一般发育，溶蚀裂隙比较发育，产状为5°～25°/SE∠10°～35°。
1．2地基岩土特性
场地内地层为第四系人工堆积层（Qs）、坡洪积层（Qsl＋ql）和残积层（Qel），下伏基岩为二叠系下统栖霞组(P1q)。各岩土层特征简述如下：
a)人工堆积层（Qs）
素填土①：灰褐色、棕黄色，以粉质粘土为主，稍湿，松散～稍密状，为新近填土，未进行碾压处理。
b)第四系坡洪积层（Qsl＋ql）
粉质粘土②：灰黄色，稍湿，疏松，层厚2.6m～5.0m。
c)塌陷堆积
由于地表水沿岩溶基岩面下渗，致使细粒流失引起的岩溶塌陷堆积成的，性状较差。按钻进实况及打捞物分析，可划分为两层：
⑤1松散堆积层，土体结构较松散，分布于岩溶洞隙的上部或下部
⑤2极松散堆积层，饱和状，分布于岩溶洞隙中部或底部，厚度1.0m～2.5m。
d)第四系残积层（Qel）
碎石土③：灰黄色，稍密，层厚3.5m～15.7m；
碎石土③1：灰白色，灰色，稍密，层厚3.2m～7.8m；
混碎石粉质粘土④：灰黄色、褐红色，稍湿，硬塑状，层厚6.7m～38.0m。
混碎石粉质粘土④1：灰黄色，湿，可塑状，层厚1.7m～8.3m。
混碎石粉质粘土④2：灰黄色，很湿~饱和，软塑状～流塑状，层厚1m～5.3m，分布于基岩面上。
e)二叠系下统(P1q)
燧石灰岩、泥质灰岩③：呈深灰色、浅灰色等，中厚层状～厚层状，岩体裂隙发育，完整性较差，岩质坚硬。岩层产状：11°/SE∠24°。
开挖场地后，场地出露于地面的基岩有9处，编号为Y1~Y9，各段岩石的出露特征见表1。
岩体
编号 出露面积
（m2） 岩性特征 岩层
产状 裂隙特征
(条/m) 岩石边塌陷特征
Y1 30 巨厚~快状灰岩 342°/NE∠25° 1.0 岩边有较大塌陷
Y2 170 巨厚~快状灰岩 342°/NE∠25° 1.0 岩边有较大塌陷
Y3 43 薄层~中厚层状灰岩 11°/SE∠24° 5.0 岩边无塌陷
Y4 999 巨厚~快状灰岩 342°/NE∠25° 1.0 岩边轻微塌陷
Y5 532 薄层~中厚层状灰岩 11°/SEE∠15° 1.7 岩边轻微塌陷
Y6 118 薄层~中厚层状灰岩 11°/SE∠15° 2.0 岩边无塌陷
Y7 175 巨厚~快状灰岩 338°/NE∠8° 3.4 岩边有较大塌陷
Y8 261 巨厚~快状灰岩 338°/NE∠8° 1.0 岩边无塌陷
Y9 129 巨厚~快状灰岩 338°/NE∠8° 1.0 岩边无塌陷
表1场地各段岩石出露特征
1．3场地内地质构造
在场地的中部，有一条大致北北东向的小断层，其两侧岩性有差别。断层东侧主要为薄层~中厚层状灰岩，岩层产状：11°/SE∠15°~24°，岩裂隙主要有两组，垂直地表发育，1.7条/m～5.0条/m，岩溶发育不强烈。断层西侧为厚层～巨厚层灰岩夹中厚层状灰岩，深灰色为主，燧石较多，岩层产338°~242°/NE∠8°~25°，沿岩层表面垂直向岩溶发育强烈，并有较多的白色方解石分布。
1．4岩溶发育特征
场地平整后，岩溶特征表现为陷伏型和裸露两种。岩溶现象以石牙、溶沟、溶槽及陡崖、基岩起伏大等特征表明岩溶发育以垂直作用为主。从钻孔资料及出露于地面的基岩调查，出露地面基岩高程158.05m，高出地面25m。现整平地面高程133.5m起算，钻孔揭露基岩面埋深最深达49m，高出场地平整地面最高达25m，最大高差达74m，从现地面算起高差仍达49m，形成直立的岩峰。岩峰直立是主要岩溶特征。另有岩溶裂隙、反向悬崖等也有分布。从构造分析，地下溶沟主要沿NE向裂隙发育，宽约2.0m~5.0m。由于钻探进尺较少，未发现有溶洞分布。
2地面塌陷的分布特征
自5月至7月间，场地中发现有12个塌陷，主要分布在基岩出露边上或附近，各塌陷特征见表2。
表2场地塌陷特征
塌陷编号 塌陷面积（m2） 塌陷深度
（m） 塌陷体的岩土组成
TS1 35.0 2.5 可塑～软塑状的混碎石粉质粘土④1、④2层
TS2 13.0 0.3 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层
TS3 36.0 0.3 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层
TS4 5.0 1.5 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层
TS5 12.0 5.0 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层，有土洞
TS6 118 0.5 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层，有土洞
TS7 9.5 0.2 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层
TS8 2.4 0.2 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层
TS9 30.1 3.0 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层，有土洞
TS10 83.6 2.5 碎石土③、③1层，有土洞分布
TS11 35.4 0.2 填土
TS12 6.30 0.3 碎石土③、③1层及混碎石粉质粘土④层
3塌陷原因分析及评价
场地塌陷有以下的规律：
a)沿着基岩出露的边缘分布，尤其是基岩面陡倾的地段，岩土接触面有利于地下水的集中流入，引起碎石土层中细粒的流失，形成土体塌陷。
b)塌陷成带状，即沿场地中间斜交而过，也就是沿着下伏溶洞走向展出，而溶洞与基岩面的走向及小断层或构造裂隙是相一致的。
c)场地内土体位碎石类土与混角砾碎石土、粉质粘土，该土具有大孔隙性、强渗透性、不均匀性，和崩解、湿陷等特性这些特性为塌陷的形成创造了有利的物质条件。
e)场地物质环境的改变，也是塌陷之所以产生的因素之一，原场地为丘陵地貌，雨后地下水排泄快，绝大部分地表水流走，下渗的极少，难以形成塌陷。因此，勘察前地形完整，未发现岩溶塌陷。变电站工程建设平地场地，岩土体暴露，改变了原有的的水文地质条件，同时地表水体系未建立完善，暴雨地表水集中场地内，而暴露的岩土体位地表水下渗创造了条件，这是塌陷形成的主要外在因素。
岩溶及岩土体是塌陷的内在因素，地表水的下渗潜蚀作用，是塌陷的主要因素，因而塌陷影响范围较小规模也不大，只沿基岩出露及溶沟分布，远离这些地段不发育。在治理上，宜以地表水为主，防止从高坡上的地表水流入站址内，在塌陷出露地范围内，适度进行固结灌浆，以防塌陷的扩展。
4塌陷处理方案建议
对塌陷的处理方案采用以下措施：
a) 防水措施，即做好地表排水、截水，防止地表集中渗入地下通道，防止场地外高坡的地下水流入场地内，场地内地表不存在积水现象，切断了产生塌陷的水动力条件。
b) 静压固结灌浆处理。对发生深层（深度大于5m）塌陷的区域基础进行静压固结灌浆，对已发生塌陷的及其建筑物地段基础进行灌浆，处理灌浆深度约10m~15m，灌浆孔间距约1.5m~2.5m，主要在沿塌陷的基础边布置灌浆孔。
c) 挖除换填法。即把塌陷处的松散土层深挖除，用碎石夹土压实回填或用毛石混凝土封填，挖除深度控制在5m以内，回填封填后防止了地表水的作用，同起到提地基土承载力的作用。
d) 扩大基础处理法，即对浅层塌陷密集的基础地段，把基础连成整块，防止局部塌陷引起基础不均匀沉降。适用于小基础密集布置基础地段。
e) 继续施工问题，受塌陷影响的地段应停止施工需要采取处理措施，没有受到塌陷影响的地段可继续施工。结论
a)变电站场地为岩溶残丘，从场地为开挖区建筑场地，开挖边坡边应及时做好排水沟，防止地表水流入场地内，向塌陷区排水而扩大塌陷范围。
b)组成变电站场地土层有填土、混碎石粉质粘土碎石土等，下伏基岩为灰岩，场地中有9处基岩出露于地面，分为巨厚~块状灰岩及薄层~中厚层状灰岩两类，前者岩溶发育，后者岩溶不发育。
c)石牙状的岩峰、岩溶沟槽等本区主要岩溶形态，其岩面高差大，岩壁直立，岩溶深发育，以垂直为主，水平较少。
d)基岩与土层垂直接触地段有溶沟、溶蚀裂隙等，在地表水沿这些渗透通道集中冲刷的作用下，岩石附近的土体软化、流失等，从而开成塌陷，这是形成塌陷的主要原因，可定性为侧向岩土接触面冲蚀型岩溶塌陷。
e)深层塌陷对基础影响较大，需采用灌浆加固法浅进行处理；浅层塌陷对基础影响较小，可采用挖除松土，同时加宽基础进行处理。
f)为了防止塌陷再以生，建议采用防水措施、静压固结灌浆处理、挖除换填法等综合治理措施。目前需处理的地段建议按基岩出露边线5m~8m地段进行防治。
按上述方法处理后，场地现状稳定，经监测，未发现有新的变形发生，处理效果良好。
