清远市新能电力工程有限公司 广东清远 511800
摘要：文章依托工程实例，根据场地沉降变形特征，就引起变电站场地沉降的主要原因作了深度剖析，然后在此基础上提出合理的工程处理措施，同时分析该类地质环境条件下变电站修建应注意的工程问题，以期能为提升变电运行管理水平而服务。
关键词：电力系统；变电站；沉降变形；治理措施
1 引言
电力系统当中变电站起着变压、分流的作用，某个变电站出现问题，除了对自身供电范围造成停电故障之外，还会对其他连接的变电站甚至整个电力系统网络都会造成影响。所以，变电站在电力系统当中的起着重要地位和工程质量的高度要求。与此同时，由于电力行业建设的迅速发展，土地资源日益减少，地势平坦地区新建的变电站越来越少，而地质复杂地区变电站的修建日益增多，变电站的地形地质环境也趋于复杂，场地沉降问题日益突出，给变电站的安全运行带来影响。因此，必须采取切实有效的措施来应对变电站的场地沉降问题。
2 地形地貌及工程地质条件
某变电站场地微地貌为一完整的矮小山丘，呈近东西向展布，山丘顶部较为平坦，除南侧坡度约为16°外，其它方向较为平缓，坡度一般5～8°。场地原始地形为宽缓丘坡，地表高程490～500m，相对高差1～7m。受地形地貌及地层岩性的控制，场地地下水以基岩裂隙水为主，次为粘土中少量的上层滞水。场地微地貌为一独立的隆起山丘丘坡，与四周平地相对高差较大，约为20m。场地地层主要为粘土和泥岩，均为不透水层。基岩孔隙裂隙水接受大气降水的补给，由高到低沿地表径流排泄，埋藏较深。场地地层上部为第四系冰水堆积（Qfgl）粘土，中部为残积（Qel）粘土，下部为白垩系夹关组（K2j）紫红色泥岩夹粉砂岩。主要地层从新至老分别为：
素填土（Q4ml）：灰、棕黄色，稍湿，松散。由瓦砾、砖块及粘土组成，该层厚2～5m，主要为场坪所填，分布于变形区域大部分地段。
粘土1（Qfgl）：黄～褐黄色，稍湿，硬塑、坚硬状。上部为黄色，含黑褐色Fe、Mn质颗粒及钙质结核；下部为褐黄色，见灰白色高岭土条带且局部混少量卵石。该层中擦痕明显，垂直及水平方向均有发育。该层厚度1.8～6.3m，全场地均有分布。
粘土2（Qel）：紫红色，稍湿，硬塑，含泥岩及粉砂岩碎屑。该层随基岩面起伏，厚0.9～2.9m，全场地分布。
泥岩（K2j）：夹薄层泥质粉砂岩，紫红色，泥质结构，厚层状构造，裂隙不发育。该层与残积土过渡处，岩质极软，呈全风化，厚约1.0m，与强风化层总厚度一般小于2.5m。岩层产状近于水平。场地地基土物理力学参数值如表1所示。
围墙外挡墙临空面约为3～7m。站区西侧和南侧的挡墙变形缝处出现较大裂缝，裂缝类型主要包括滑移裂缝、倾斜裂缝、贯穿裂缝、微裂纹。裂缝宽度一般为2～3cm，最大宽度达到5cm左右。挡墙排水孔无排水痕迹。
滑移裂缝是指挡墙往临空面侧滑移所产生的裂缝，其变形特征为从墙脚到墙顶裂缝宽度保持一致，并未随挡墙高度增加而增大。该裂缝的产生说明挡墙沿临空面出现滑移。如图3（a）所示。
倾斜裂缝是指挡墙往临空面侧倾斜所产生的裂缝，其变形特征为从墙脚到墙顶，随挡墙高度增加顶裂缝宽度逐渐增大。该裂缝的产生说明挡墙沿临空面出现倾斜。如图3（b）所示。
贯穿裂缝是指在转角处，挡墙沿直角的一边出现滑移，而直角另一边混凝土材料出现拉裂所产生的从基础到墙顶的贯通裂缝。其变形特征为从基础到墙顶为一条贯穿的裂缝，裂缝宽度大致相同，主裂缝旁边还有较多微裂缝。该裂缝的产生说明挡墙沿墙角另一侧的临空面出现滑移。如图3（c）所示。
微裂纹是指在墙脚处，挡墙混凝土出现拉裂所产生的从墙角到变形缝的细微裂纹。其变形特征为从墙脚到变形缝的一条倾斜的细微裂纹，裂纹宽度不足2mm，肉眼可辨识。如图3（d）所示。
4 原因分析及治理
4.1 回填土沉降原因分析
通过勘察发现，场地回填土多为场平开挖的粘土，上层未见砂卵石。由于不同的土具有不同的压缩性，砂性土压缩性较小，透水性大，其压缩变形量在较短时期内即可完成。而粘性土，压缩性较大，透水性弱，孔隙水压力消散过程很慢，其变形需要几年甚至几十年才能达到稳定。因此，变电站建成已超过10年，场地沉降依然没有稳定。
将地层中的粘土经室内土工试验分析其胀缩性，分析发现该粘土中裂隙发育，且为水平向和垂直向，充填灰白色高岭土条带。其胀缩性指标统计如表2所示。
从表2可看出，两层中自由膨胀率δef为51%～53%，按《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）应判为具弱膨胀潜势土。
因此该种粘性土具有遇水膨胀的特性。当遇到降雨时，粘性土上部荷载较小，遇水膨胀，使道路路面开裂。然后随着土体中孔隙水压力消散，粘性土逐渐固结沉降。周而复始，道路路面就会开裂，并出现凹陷。
场地回填土的不均匀沉降引起道路路面开裂，并出现局部凹陷。路面凹陷导致雨水不能正常排泄，路面开裂导致雨水下渗量加大，雨水的下渗量加大使回填土含水率增加，含水率变大使土体的压缩性加大，从而加剧了回填土的沉降，回填土的沉降进一步引起道路开裂和凹陷。因此，伴随着每一次降雨，该过程有相互促进，恶性循环的结果。
采用GEO5数值分析软件，分析了地下水位变化对场地沉降的影响，如图4所示。
4.2 挡墙变形原因分析
挡墙出现的问题主要包括挡墙滑移，挡墙倾斜，排水孔失效。分析认为挡墙滑移和倾斜主要是由于场地土体、挡墙排水不畅引起。由于场地回填土不均匀沉降导致雨水下渗量增加，且场地沉降局部改变了场地排水坡向，导致地表水不能沿场平排出，场地范围内雨水几乎全部下渗到回填土中。而场地回填土为饱水性较好的粘土，场地水不能及时排出而富集在回填土中，并逐渐下渗，引起回填密实度较差区段的回填土沉降。下渗的雨水在挡墙墙后不能沿挡墙排水孔排出，而只能慢慢沿挡墙基底渗出，从而使地基土长期处于饱和状态，下渗的孔隙水在挡墙基础底部产生上浮压力，大大降低了地基土的抗剪强度和摩擦系数，导致挡墙沿基底滑移变形。另外，降雨后地表水会渗入墙后坡体内，使墙后积累较高的地下水位，造成较大的水土压力，对挡墙产生较大推力。挡土墙后无水和有水示意图如图7、图8所示。
可见，当墙后地下水位偏高时，墙后产生较大的水土压力，导致原挡墙抗倾覆和抗滑移稳定性明显减低。
一般工程中，可不计地下水对砂土抗剪强度的影响，而墙后粘土在含水率增大的情况下，其孔隙水压力增大，有效应力降低，其粘聚力和内摩擦角也相应降低，因而主动土压力会更大，挡墙更容易发生倾斜和滑移变形。
总的来说，场地汇集下渗的雨水一方面使地基土长期处于饱和状态，大大降低了地基土强度；另一方面水头增高大大增加了水土对挡墙的侧向压力；其三水体产生浮力降低了挡墙基础底部对地基土的附加压力，减少了挡墙基础底面与基底土体的摩擦力。上述三方面因素综合作用的结果是加速了挡墙底部侧向滑移变形，恶化了挡墙的稳定性。
通过以上分析可以发现，回填土沉降是场地道路开裂，站内排水系统失效，雨水下渗，挡墙变形的主要诱发因素。若能较好地控制回填土沉降，则站内能够正常排泄雨水，也能减少或消除道路及挡墙的变形开裂。因此，回填土沉降是变电站工程问题控制的重点，必须严格按照要求选用合理的回填土，并分层压实，达到正常的压实系数，才能有效控制沉降。
4.3 治理措施
根据回填土的变形规律，场地的粘性土自身固结时间已经超过10年，变电站挡墙虽然出现了贯通的裂缝、滑移变形和轻微的倾斜，站内地表出现沉陷和地表开裂，从目前情况看，还不至于危及变电站的安全与稳定，但依然存在较大威胁，仍需通过工程处理措施消除潜在的长期风险。由于变电站的重要性，综合考虑后，选用偏于保守的治理措施。针对场地回填土沉降，拟采取砂卵石整平回填，并重新压实，理顺场地内排水系统，新建地表排水沟，增设排水盲沟；针对挡墙滑移变形，采取疏通挡墙墙背排水系统，同时采用抗滑桩加固挡墙支护方案。
5 结论
综上所述，变电站作为电力系统中重要的一部分，建设场地的稳固是保证变电站安全运行的基础和前提。因此，根据工程实际，科学分析，找出场地出现沉降问题的原因，同时采取有效的治理措施进行补救，具有重要的现实意义。通过对本工程实际情况的分析，得出结论：膨胀性粘土变形引起变电站内道路凹陷，道路凹陷使雨水下渗，是促进回填土沉降的原因，这个过程是一个相互促进，恶性循环的结果；变电站内沉降使雨水下渗，地下水位增高，加上挡墙排水不畅，使挡墙后的压力增大，土体抗剪强度参数减小，降低了挡墙抗滑移和抗倾覆稳定性，是导致挡墙滑移开裂的原因；而回填土沉降是变电站道路及挡墙变形的诱发因素，因此变电站建设中应对回填土质量进行严格控制；为降低变形对变电站的威胁，采取站内沉降及排水系统修复，站外抗滑桩加固挡墙的支护措施。结论可为其余工程提供参考价值。另外，笔者认为，我们还应建立变电站场地沉降的管理机制，使该项工作纳入变电运行管理、变电建设管理的轨道，不断提升变电领域的规范化管理。
参考文献：
[1]朱进军，魏来.填土场地变电站基础差异沉降分析与处理[J].山西建筑，2013，39（35）：63-64.
[2]安金霞.变电站地基沉降分析及不良地基条件下基础处理研究[J].工程技术：全文版，2016（11）：00119-00119.
论文作者:朱勇林
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/10
标签：挡墙论文; 变电站论文; 场地论文; 裂缝论文; 粘土论文; 回填土论文; 雨水论文; 《基层建设》2017年第14期论文;