炼油厂建变电站所边坡稳定性评价与滑坡防治技术

炼油厂建变电站所边坡稳定性评价与滑坡防治技术

曹明

江苏省地质局第一地质大队；江苏南京210041

江苏省岩土工程公司:江苏南京210019

摘要

随着炼油厂电力需求的快速增长，新建变电站的数量逐渐增多。为提升新建变电站所边坡的稳定性，本文以中石化金陵分公司北部山坡边缘(邻近长江)为例，介绍了炼油厂建变电站地质环境特征，并利用钻探取样、原位测试以及室内试验数据的分析对边坡稳定性进行了分析评价。进一步探讨了针对具体地质条件的滑坡防治策略，实现了边坡稳定性的有效提升，降低了滑坡风险，以此为相关人员提供实践参考。

关键词：炼油厂建变电站所；边坡稳定性；滑坡防治

前言

随着全球能源需求的不断增长，炼油厂作为重要的能源供应基地，在保障能源安全和经济发展中扮演着举足轻重的角色;为满足日益增长的电力需求，变电站作为电网系统中关键的节点设施，其建设与扩建项目逐渐增多。但变电站往往位于地质环境复杂的区域，边坡稳定性成为了影响其建设与安全运营的关键因素之一。边坡失稳会导致重大事故，对人员安全、环境及炼油生产造成极大威胁。        

因此，开展边坡稳定性评价与滑坡防治技术研究具有十分重要的理论意义和应用价值。本文旨在结合实际工程，综合考虑地质条件、水文气象因素以及人工活动等多种因素对边坡稳定性进行系统评估，并探索有效的滑坡防治技术，以确保变电站项目顺利实施及工程安全。

1炼油厂建变电站地质概况

新建变电所位于中石化金陵分公司北部山坡边缘，边坡顶部至底部高差约25m，坡度在20°~45°不等。边坡的稳定性对主体建筑及附属设施构成了安全隐患。根据揭露土层的时代、成因划分工程地质层，再根据土层的岩性、物理力学特征划分工程地质亚层。本次勘察土层自上而下可分为3个工程地质层，6个工程地质亚层。其中，①-1层杂填土(Q₄):灰褐～灰黄色，松散，湿，以粉质黏土为主。①-2层素填土(Q₄):灰褐～灰黄色，松散～稍密，湿，以粉质黏土为主，夹有少量植物茎、砖块和碎石等杂物组成。①-2A层素填土(Q₄):灰黑色，以可塑状粘性土为主，具有刺鼻臭味，以被废弃的工业原料渗入为主。②-1层粉质黏土(Q₄):灰黄色，可塑，含黑色铁锰质结核、锈斑及青灰色铝土质条纹。②-2层粉质黏土(Q₄):灰色，可塑，含黑色铁锰质结核、锈斑及青灰色铝土质条纹。④层砾石(Q₃):灰～灰褐色，中密，局部密实，砾径2-10cm,粉质黏土和中粗砂充填，砾石含量约为55%,分布不稳定，欠均匀。⑤-1层强风化砾岩(K₂)棕红～紫红色，风化强烈呈砂土状混砾石，砾石含量约45%,一般粒径2-7cm,岩体较破碎。⑤-2P中风化砾岩(破碎状)(K):棕红～紫红色，岩芯呈碎块状，局部岩芯呈短柱状，锤击可碎。⑤-2层中风化砾岩(K₂):棕红～紫红色，岩芯呈柱状、短柱状，锤击可碎，属软岩。

2炼油厂建变电站边坡稳定性评价

2.1钻探取样方法

钻探取样是炼油厂建设变电站边坡稳定性评价的关键环节，其能够提供地下岩土体的直接物理证据，以评估边坡的稳定性和确定工程设计参数[1]。炼油厂建变电站项目中，钻探取样工作采用了GXY-1型钻机及其配套设备至指定钻探位置，并进行平整场地以保证钻机稳定运行[2]。

连续取芯过程中，为精确监控每一回次（即每一轮）进尺（即深度增加量），由专业的地质编录员现场指导并及时真实记录下每一个进尺数据[3]。当达到设计深度或者遇到初见水位时停止钻进，并使用干式钻探技术记录水位变化情况[4]。

2.2原位测试方法

原位测试可直接测量土体和岩石的工程特性，为设计和施工提供精确的数据支持。本项目采用了标准贯入试验，利用自动脱钩的自由落锤法进行。测试中，首先搭建标准贯入器设备。贯入器包括63.5kg重的锤头和一根能够记录锤击数以及打入深度的装置。锤头需要能够自由落下76cm距离以达到所需冲击力。所有数据收集完成后，按照N值（即单位长度(一般300mm)所需锤击次数）进行分析处理。N值越大表示土壤密实度越高、承载力越强。

2.3室内试验方法

炼油厂建设变电站边坡稳定性评价中，室内试验可以分析土壤和岩石样本的物理及力学性质。相关工程人员可以依托精确的室内试验数据，预测边坡在各种自然和人为荷载下的行为，从而设计出更安全、经济有效的施工方案。

室内试验的土样和岩样应按《土工试验方法标准》 (GB/T50123-1999) 和《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013) 的规定进行采集，并记录每个样品的具体位置、深度及采样日期。其中，含水量测试中需将土样置于恒温干燥箱中，在105°C至110°C下干燥24小时，使用前后称重法计算含水率，可利用公式：

（1）

公式（1）中的Wwet是湿土重量，Wdry是干土重量，W为含水率。

2.4稳定性评价

经过相关试验，项目边坡力学性能相关参数如表1。勘察场地的主要地层为填土层及风化基岩层，常规情况下不易发生岩层滑坡。但在边坡基岩上伏土体，尤其是填土层较厚，土层较为松散，同时存在工程活动和降水时，边坡稳定性差，需要治理。

表 1 边坡稳定力学参数

3炼油厂建变电站滑坡防治策略

3.1地下水控制

地下水可以降低土体和岩石的抗剪强度，所以滑坡通常与水有着直接的联系，会增加边坡失稳的风险。水分渗入边坡时，会导致孔隙水压力增加，减少粒子间有效应力，进而削弱材料的内聚力和摩擦角。

基于上述原因，该项目需通过科学合理的方法来控制地下水位和压力，以确保边坡稳定。在施工前需根据室内试验的渗透测试结果（如表2），根据渗透系数、土层厚度、孔隙比等数据计算出预期最大渗流量，并设计排水系统。根据最大渗流量，在边坡周围建立包含截洪沟、集水井和排放管道的排水系统。

表2 室内渗透试验

3.2削坡与边坡稳定化

削坡与边坡稳定化是为了减少滑坡风险和保障变电站以及周围设施的安全。削坡主要通过改变边坡的几何形状，增加其稳定性，并利用工程手段进一步巩固边坡结构。实际操作中，首先需确定原始边坡的地质条件和物理特性。已知原始边坡角度为37°，土壤重量密度为19 kN/m³，内摩擦角为25°，土壤黏聚力为15 kPa。基于这些参数，可采用以下公式计算安全系数（FS）：

（2）

公式（2）中的ϕ是土壤的内摩擦角，θ是边坡的倾斜角度。将已知数据代入上述公式得到：。此时安全系数小于1，表明边坡不稳定需要进行削坡处理。根据经验公式，安全系数应大于1.25。因此可以反向使用上述公式计算出必要的新边坡角度 θnew：

根据上述将原始37°的边坡削减至20.6°左右以确保稳定性。

削坡中应按照现场边坡的实际情况进行测量放线，放线后应通知设计等相关单位复核放线结果，坡面修整原则为清理坡面建筑垃圾严禁损毁坡面现有大型树木。边坡修整前要做好安全防护，搭设可靠的防护架和防护网，确保施工安全以及坡底人员的安全。施工方应采取适当的安全措施，防止土体崩塌、滑动，及由此发生工程事故。禁止在不利于边坡稳定的区域内临时弃土、停放设备等加载活动。禁止在暴雨和饱水状态下施工作业。

施工时根据施工设计，结合实际地形进行测量放线，在坡度变化处设控制点。土石方开挖前，应对坡顶及坡脚控制点坐标及高程进行复核，如发现设计与现场情况不符导致无法按设计开挖面施工时，应及时通知设计单位进行调整。由于该工程未进行边地地形测绘，本此设计仅依据勘察报告中勘探点平面图及剖面图进行边坡支护设计，施工定位时前工定位时圆梁、拉梁、拉板顶标高不得于相场区地面标高。施工过程中，禁止在坡顶地面堆放开挖土、建材、大型机械等重物；严格限制坡顶荷载，确保边坡稳定。

3.3抗滑桩

本工程建设变电站位于地形起伏的斜坡上，滑坡风险较高。为确保工程安全和变电站稳定运行，采取抗滑桩技术进行地质加固。抗滑桩能够提供足够的支撑力以对抗潜在的滑动力，从而增强斜坡稳定性。

针对本工程特点及地质条件，抗滑桩设计直径900mm、深度介于25m至30m之间，并根据具体土层情况调整。钢筋笼采用纵筋和螺旋箍筋组成，纵筋连接使用双面搭接焊接，搭接长度不小于5倍直径，确保焊缝强度符合设计要求。成孔阶段，考虑到地质条件多变，先行确定泥浆比重配比以维持孔壁稳定性，并在必要时加装套管避免塌孔现象。每次成孔后彻底清理孔内沉渣，确保厚度不超过150mm。

灌注采用隔两桩方式进行，并在一根桩灌注完成36小时后开始邻近桩的成孔作业。单根抗滑桩混凝土灌注充盈系数需达到1.1以上，以保证没有空洞并补偿可能出现的收缩。桩顶部分超灌800mm，以供后期凿除和处理桩顶泛浆现象；露出的混凝土表面必须平整、密实且无裂缝等质量缺陷，并嵌入圈梁50mm以提高结构整体性能。

钢筋笼纵向主筋保护层厚度设定为50mm以预防锈蚀和化学侵蚀问题。主筋间距偏差不得超过10mm, 螺旋箍筋试验螺距偏差不得超过20mm, 钢筋笼直径和长度偏差分别控制在±10mm和±50mm内。

3.4圈梁及混凝土挡墙

圈梁和混凝土挡墙作为重要的支护结构，可有效连接抗滑桩，提供水平约束力，同时作为挡土结构来阻挡土体下滑，保证斜坡稳定。施工前，可根据地质勘察报告和结构计算结果确定圈梁的位置、断面尺寸以及配筋方案。本工程圈梁设计采用C30混凝土，并选用42.5级普通硅酸盐水泥确保强度和耐久性。在配筋过程中严格按照设计图纸要求布置钢筋，并保持35mm的保护层厚度以避免腐蚀影响结构安全。

圈梁基础处理和垫层施工方面，对于桩顶部分，需将其凿至新鲜混凝土面，确保露出钢筋直线度良好并符合设计出露长度要求。浇注前必须清除残渣、浮土和积水等杂物，并采取措施确保干燥状态。围梁底部垫层使用C20混凝土浇注成100mm厚，并从结构外侧向外延伸100mm以确保足够支撑面积。圈梁模板应根据设计图纸制作和安装到位，检查是否牢固、尺寸是否精确、拼接是否紧密无缝隙。混凝土浇注前应再次清理模板内任何杂物或积水，并湿润模板表面以利于混凝土养护，混凝土应连续浇注以避免冷缝产生，在整个浇注过程中应适当振捣排除气泡并使之密实。

混凝土挡墙施工则需结合工程需求计算确定挡墙高度、厚度及所需钢筋量，并采用C30等级的混凝土材料确保强度与耐久性匹配滑坡防治需要。挡墙基础开挖至稳定岩层或达到设计标高后铺设100mm厚C20等级混凝土垫层作为基底，周边放出100mm以形成支撑边界。

结束语

综上所述，本文系统性评估了炼油厂建设变电站时边坡稳定性问题，并提出了相应的滑坡防治技术方案。研究表明，实施地下水控制、削坡与边坡稳定化、圈梁与砼挡土墙、门式抗滑桩以及地质隔离与固化等策略，可以显著提高边坡稳定性并降低滑坡风险。未来，随着遥感技术、物联网监测和大数据分析等先进技术手段的发展，将有更多创新工具应用到边坡监测与预警中。相关人员应积极探索这些新兴技术，并结合传统工程措施，以实现更加精准和高效的滑坡风险管理。

参考文献

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[2]刘海兰,刘文远,柯洪.某变电站高挖深填边坡稳定性分析及治理技术研究[J].电力勘测设计,2023,(S2):158-166.

[3]李从昀,黄骁,张雪,张晓宸,王汉勋.某变电站人工堆积边坡稳定性分析[J].岩土工程技术,2023,37(03):352-356.

[4]李海涛,任光明,范荣全,曾文慧,董斌.川北某变电站堆积体边坡稳定性及加固措施分析[J].成都理工大学学报(自然科学版),2023,50(04):454-464.