水洛变电站高填方地基沉降特征研究

水洛变电站高填方地基沉降特征研究

刘庆彬

1. 西华大学能源与动力工程学院, 四川 成都 610039

2. 2、四川省疾病预防控制中心, 四川 成都 610044

摘要：随着我国国民经济的快速发展，输变电技术也随之快速发展，大量高压、特高压输电线路及大型变电站修建于山区，由于特殊的地质环境条件，以致高填方地基沉降逐步成为山区大型变电站建设的主要工程地质问题。

关键词：水洛变电站;高填方地基;支挡工程;沉降

引言

大型高填方渠道对渠堤沉降非常敏感，渠堤的沉降变形易导致堤身开裂而产生渗漏，是高填方渠道的致命灾害之一。影响渠堤沉降的因素较多，如不同的填筑高度、凝聚力、内摩擦角、容重、压缩模量等，各因素对渠堤沉降的影响程度也不尽相同。本文采用FLAC3D程序模拟高填方渠道施工，对各影响因素敏感性进行分析，得出研究地段渠堤沉降的变化规律，进而对减少高填方渠道沉降提出施工改进建议。

1模型建立及参数取值

1.1FLAC3D软件的基本原理

FLAC3D软件的基本原理即是拉格朗日差分法。拉格朗日差分法是一种利用拖带坐标系分析大变形问题的数值方法，并利用差分格式按时步积分求解。

随着构型的不断变化，不断更新坐标，允许介质有较大的变形。模型经过网格划分，物理网格映射成数学网格，其某个结点就与物理网格上相应的结点坐标相对应。

1.2模型边界范围及边界条件

以垂直水洛河并指向水洛河方向为X轴正方向，顺河方向为Y轴正方向，竖直向上为Z轴正方向。为消除边界效应，分析站址区的应力场、变形场特征，X方向宽度取400m，前缘高程取至2180m，后缘高程取至2265m，底部高程取至2100m。为重点分析站址区挖填方及支挡工程在重力作用下的变形破坏情况，模型中未施加水平构造应力，模型侧缘边界采用单向约束，底面边界采用固定约束。

1.3计算模型参数

本次数值模拟计算所选岩土体力学参数是在室内土工试验、现场原位测试的基础上，结合地区经验、工程类比综合确定的。

2不同填土施工对沉降固结影响

天然土壤通常由矿物颗粒构成，由孔隙水和气体填充，是一个固态系统。土体变形是由于孔隙流体的损失、气体体积的减小、颗粒的重排、颗粒间距和骨架位错的缩短而引起的。对于饱和两相土而言，孔隙水的体积很小，孔隙体积的变化主要是由于孔隙水的渗流。由于孔隙体积的变化和颗粒的重排，需要一个时间过程，因此，土体固结变形与时间有关。随着孔隙液体的逐渐释放，孔隙压力逐渐消散，有效应力增大。在有效应力（骨架应力）作用下，框架的变形分为瞬时变形和蠕变变形，后者与颗粒重排和骨架位错的时间效应有关。

2.1分层分班间隔加载对软土地基固结与沉降的影响

在高填方地基中，分层时间相当于软土路基处理中的堆载预压法。然而，在地基承载力满足要求的前提下进行预压，是一个连续荷载，相当于欠载预压。也就是说，填土的实际数量小于填土要求的设计。由于饱和地基中各点的排水距离远近不一，同时，它们的孔隙水压力和有效应力不同，所以各点固结程度不同。如果依次为基础研究固结的，这将会使问题变得复杂。为了解决实际问题，从固结度的定义出发，研究了土体的平均固结度。

2.2一次加载对高填路堤固结影响

对基础厚的饱和粘土来说，因为软粘土抗剪强度低，所以一次快速加载厚，载荷大或地基承载力较大而不稳定，或虽然没有发生土体失稳和暂时由孔隙水压力提供支持，随着时间的增长和孔隙水压力消失，这将产生路基大量的沉降，将损坏的路面结构。因此，无论是在地面直接施工还是堆载预压，加载速率都不能很快。加载的最后阶段，为了增加地基的强度达到下一个载荷时，菜可以增加载荷，以确保地基的稳定性，同时避免了由于高地上土体引起的局部损伤。然而，对于饱和厚度小、有机质含量低的饱和粘土地基，即使地基的压缩和固结性能较差，也不会影响路基的沉降和稳定性。

3加固措施

3.1沉降地基处理

针对变形区，采用高压旋喷桩进行地基加固处理，以提高路基的承载力，减少变形，旋喷桩桩径0．5m，桩间距1．5m，梅花形布置，旋喷桩应进入③层粘土层不小于2m，桩长10m～18m。道路下部回填边坡坡脚设置一道折线式M7．5浆砌石挡土墙，以提高路基边坡的稳定性，挡土墙墙高3．0m，基础应设置在非回填的地基土上，地基承载力不低于150kPa，基础埋置深度不低于0．8m，挡土墙每间隔15m设置一道沉降缝，缝宽20mm～30mm，填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不小于200mm。挡土墙后回填碎石土必须夯实，密实度不低于85%。挡土墙墙顶以上4m边坡坡面设置一道塑料排水盲沟管，外包土工布，排水管间距4m，长度15m，向外倾角10°。

3.2围墙地基处理

围墙基础内外各设置2排高压旋喷桩，距离围墙基础0．5m，高压旋喷桩桩径0．5m，桩间距1．1m，梅花形布置，旋喷桩应进入③层粘土层不小于2m，桩长根据填土厚度确定为7m～20m。围墙下间隔3m设置树根桩，桩径0．15m，桩长20m，与竖向夹角7°，桩内插入3根25二级钢筋。树根桩注浆体强度不小于M20。

桩顶铺设厚度150mm级配碎石褥垫层，褥垫层的铺设宽度应大于基础外边线200mm。由于现有围墙地梁大部分出现了变形裂缝，局部出现了贯通裂缝，结构受力状态受损，在高压旋喷桩和树根桩桩顶设置C30钢筋混凝土板，厚度0．5m，宽度3．9m，混凝土板设置在围墙地梁下部。

3.3回填及支挡后土体应力、位移场特征分析

在工程开挖的同时，考虑挖填平衡，场地周边修建加筋挡土墙，开挖后土体就地回填处理。根据现场调查，站址西侧和北侧为填方区，场坪设计高程为2240m，填土最大厚度约25m，位于西北角，填土厚度由西至东、从北到南呈逐渐减小的趋势。

本次直接考虑站址区回填及支挡工程完工后，站址区整体和局部应力、位移的调整。回填及支挡后，站址区垂向位移变形量明显增大，沿挖填分界线形成明显差异沉降，挖方区基本无变形迹象，填方区沉降量为4.5～21.7cm，最大变形区域位于站址西北角，分析主要原因在于填土厚度大，约25m;东北角位移量值约5.0cm，填土厚度约12m。填方区沉降大、差异沉降明显，沉降变形量与填土厚度分布关系紧密。

结语

近年来，沉降问题导致的安全事故不增多，主要原因之一在于缺乏有效的沉降检测方法，此次作者提出的全新沉降监测系统，不仅能够方便快捷地得出沉降数据，在工程结束之后，还能继续跟踪监测研究，当出现沉降量突然增大的情况时，可迅速作出响应，避免安全事故的发生。在自然灾害监控、防治方面，此套系统能够得到有效应用。

参考文献

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