岩溶区特高压输电线路测量是比较复杂的岩土工程测量。主要包括前期规划、测量过程的实施和成果整理等。
1.1前期规划
1.1.1地质图准备外业测量前收集沿线区域地质图,将线路投影到地质图(如图1),翻阅所在区域的地质志向,外业前对沿线地层状况有全面的理解和展望。1.1.2收集工程资料,外业前收集附近工程资料,从附近工程中概括沿线岩溶解发育状况和岩溶解重点发育地区。同时要收集本工程的前期资料,前期资料是工程的重要参考,对本阶段工作重点有重要的启示作用。1.1.3仪器设备准备岩溶地区基岩面起伏不平,下部可能存在隐藏溶解孔,除采用一般手段外,还应配备溪洛渡-浙江±800kV特高压直流输电线路工程中附加PulseKOPO地质雷达、静力触摸、BE2571BV型接地电阻器等设备。1.1.4制定实施方案在外业前,应根据附近的工程资料和前期资料、线路区域的地质状况,结合设计定位手册,制定岩土工程测量纲要,为后续外业工作的开展提供指导。
1.2测量过程实施
1.2.1地质调查地质调查在岩溶地区的测量起着重要作用,在特高压输电线路相关的测量规范中强调了岩溶地区地质调查的重要性。在溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电线路工程施工图勘测中对岩溶地区主要围绕塔基50~100m范围内进行地层岩性调查、地质灾害排查,调查岩溶分布情况;在塔基周围30m范围内进行地质填图。地质调查对塔基附近的岩石溶解发育状况有初步判断,可以通过附近居民的咨询、目测等方式初步调查附近的溶解洞、天坑、地下暗河、溶解沟、溶解沟、危险岩、土洞等发育状况,初步避免影响塔基稳定的岩石溶解强烈发育区和地质灾害危险区。地质调查是其他测量手段的先驱工具。
1.2.2地质勘探岩溶解地区与碎屑岩地区相比,地形形态和岩土组合特征有明显差异,碳酸岩具有溶解性,形成的岩溶解形态千奇百怪,石芽、溶解沟、溶解洞等地形形态随处可见,形成独特风格的喀斯特地形。与一般岩石相比,岩石溶解地区的岩石接触面相对变化较大,复盖层的厚度可能在1米以内有很大差异。地质勘探是特高压输电线路中最直观的测量手段,岩溶地区基岩起伏面大,测量过程中应综合分析,不得以点代表面。在具体测量实施过程中,测量手段应多样化。
以溪洛渡-浙江西±800kV特高压直流输电线路工程施工图测量为例,本工程本次采用逐步探测原则,一般在各塔脚配置探测点。在灰岩、白云质灰岩等碳酸盐地区,溶解槽、溶解槽的发育地区,局部塔脚配置了2~3个探索点,正确探索塔基岩的溶解形态。主要采用机械钻头、坑探头、麻花钻头、静力触头等。沿线塔主要位于山顶、山坡,第四系复盖层一般为0.5~3.0m,局部>8m,复盖层应在1.0m以内采用坑探索,复盖层应在1.0~5.0m采用麻花钻,土层相对较厚时(>5m)一般考虑静力探索或机钻。机钻孔主要在沿线分段布置,同时考虑在覆盖层较厚地段、岩溶发育地段及地质雷达异常地段布置机钻孔。
1.2.3工程物质探测工程物质探测手段可探测岩溶解异常带,为岩土工程探测过程中的疑问地带提供有效证据。在岩溶地区,尤其是山区岩溶地区,地质雷达探测或高密度电法是岩土工程探测的重要辅助手段。在溪洛渡-浙江西±800kV特高压直流输电线路工程施工图测量过程中,用地质雷达测量了T1468、T1487等塔的岩溶分布区(如图2),为塔避开岩溶强发育区提供了有利证据。
1.2.4岩土测试在特高压岩溶地区岩土工程测量过程中,至少应选择1/3的测量点进行岩土分析测试。测量过程中野外岩土测试主要用静力触摸器测量土层的比贯入阻力(Ps)钻头过程中对土层进行标准贯入测试的岩体进行点负荷测试、现场剪切测试等,室内应对机钻头和洞穴探头采用的岩土测试样品分别进行土工测试、岩石物理力学测试、土壤腐蚀性分析等。另外,对各种试验成果进行分层统计分析,充分的岩土试验数据是合理判别岩土物理力学指标的重要依据。
1.3测量成果整理
根据地质调查、钻探、岩土试验、野外说明鉴定,根据地方经验进行岩土分类和综合确定岩土体的物理力学指标。岩溶比发育地区应绘制岩溶平面分布图,附有相关物质探测成果图的土层分布不均匀的溶解槽、溶解槽地区,电阻率应分别根据沿槽和垂直槽的电阻率测试结果进行综合,同时应绘制工程地质平面图。在测量成果中,各塔基应分别附有相应地形描述、照片、相应测量手段的测量成果、岩土分层和物理力学指标、不良地质发育状况等。测量成果应反映塔附近的洞穴、土洞的发育状况、塔基是否为土岩组合基础、塔基土层是否为红粘土、塔附近是否有危险岩石等不良地质作用、地下水特征、结构提出相关防治建议。
2岩溶区特高压输电线路测量应注意的问题
岩溶区特高压输电线路岩土工程测量相关岩土工程问题较多,可采用相应的测量手段和测试适当解决。以下主要介绍岩溶区测量过程中两个普遍存在的重要问题:岩溶稳定性评价、空区上方基础承载力确定。
2.1岩溶解稳定性评价
岩溶解测量过程中,岩溶解发育程度和洞穴稳定性至关重要,与塔基的稳定性和电力线路的安全运行有关。在测量现场应充分调查和运用相应的测量手段判别岩溶性发育状况,及时避免岩溶性不稳定区域。2.1.1定性评价根据相关规范的要求,结合现场测量判断现场是否属于不适合塔的地区,或者不考虑岩溶解对塔的影响地区,如果不符合不考虑岩溶解不良影响的塔的地区,就必须进一步分析塔的稳定性。有经验的地方可采用类比法或经验比拟法进行定性判别。
2.1.2定量评价目前,定量判别主要根据经验公式检查洞顶板的稳定性。根据文献7,岩溶顶板为中厚层或薄层、裂缝发育、易风化的岩层时,顶板有可能崩溃的溶解孔,顶板的安全厚度可以用溶解孔顶板崩溃自己填补孔体所需的厚度来计算。必要的塌陷高度h按下式计算:式中:H0是塌陷前洞体的最大高度k是岩石松散系数。顶板岩层完整,强度高,层厚,顶板厚度和裂缝切割情况已知,可根据情况按悬臂梁、简单支撑梁、两端固定梁等模型计算。上霸顶板岩层最小厚度h检测公式如下:公式中,m为根据模型计算弯矩b为梁板的宽度σ为岩体计算抗弯强度fs为支架剪力s为岩体计算抗剪强度。根据现场工程地质调查和测量,通过以上公式计算岩体的安全厚度,乘以适量的安全系数Ks,可以比较实际的岩体顶板厚度,确定基础的稳定性。
2.2岩溶解和空地基础承载力确定
岩溶解和空地基础极限承载力和稳定性问题是比较复杂的课题。目前,许多学者进行理论分析和模拟实验研究,得到了相应的经验公式和修正系数,但工程界尚未提出成熟的岩溶和空区上方地基极限承载力的理论计算方法。
2.2.1天然基础承载力与相关因素的关系杨宜章采用考虑基础两侧包括对数螺旋线型剪切区时对应的破坏模式,建立基础极限承载力比与孔顶厚度和孔大小的关系(见图3、图4)。可见,随着r/B的增加,地基极限承载力比呈减少趋势,而且其减少趋势随着r/B的增加而减少。图中也反映了H/B越大,其基础极限的承载力比也越大。地基宽度、空洞大小、空洞顶板厚度等对地基承载力有重要影响,随着空洞半径的减小、顶板厚度的增加,地基承载力增加,地基承载力比逐渐接近l,也就是空洞对承载力没有影响的范围。
地基岩土体强度参数的粘接力和内摩擦角对地基承载力的影响明显,在空洞和地基几何条件不变的情况下,地基承载力与粘接力的增加相似,内摩擦角影响破坏形态,内摩擦角增加,承载力明显增加。岩体自重对空洞上方条形基础承载力的影响不明显。由其成果可以看出,H/B足够大(相对一定的孔跨度)时,溶解孔上方的基础承载力比接近1,如果不采用通常的无空洞时的承载力计算公式进行承载力计算,则应进行折扣计算,其天然基础的承载力修正系数可以参考文献8的相关成果。
2.2.2桩基地基承载力与相关因素的关系在桩基下存在空洞时,空洞高度对桩的极限承载力结果影响较小,一般稍微减小,取qu=1.8MPa,空洞高度在0.5~3.0d以内变化时,桩的极限承载力误差在2.37%以内由此可见,在采空区上部塔的基础上有足够厚度的顶板时,不考虑空洞对基础承载力的影响,在考虑空洞对承载力的影响时,可以根据情况结合相关经验系数取得塔的综合承载力值。
3结论
(1)岩溶区特高压线路测量是比较复杂的岩土工程测量,应根据相关规范要求提前规划,确定有效的测量实施方案。(2)岩溶区岩土工程勘测前,应搜集附近相关区域地质及工程资料,对沿线岩溶情况进行初判;现场采用地质调查为主,采取必要的地质勘探、物探及适当的原位测试工作,并采集适量的岩土试样进行物理力学分析。(3)在岩土工程测量成果中,岩溶解场反映了塔附近的溶解孔、土洞的发育状况,塔是否为土岩组合的基础,塔的土层是否为红粘土,塔附近是否有危险的岩石等不良地质作用,地下水的特征,对结构提出了相关的防治建议。
(4)岩土工程测量前期,必须判断现场是否属于不适合塔的地区,或者不考虑岩溶解对塔的影响地区。塔属于不适合塔的地区时,应尽量避免塔不符合岩溶不良影响的塔时,应进一步分析塔的稳定性,可以用定性或定量的方法进行评价。(5)塔基下部有足够厚度的顶板时,不考虑空洞对基础承载力的影响,考虑空洞对承载力的影响时,可根据实际情况,结合现有经验系数对塔基进行综合承载力的评价。
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