摘要：本文通过对已建成某变电站发生基础沉降的典型案例分析，推测场地基础沉降与软弱地基、地基处理方案及气象水文等因素的关系，探究导致其发生的主要原因并提出整治的办法。
关键词：变电站 软弱地基 基础沉降
一、变电站的基本情况
本站建设前，当地政府已将用地范围内的鱼塘填平，但尚未达到变电站的场地设计标高。根据土方平衡原则进行场地平整，站区东北面形成挖方边坡，站区东南面、西北面和西南面形成填方边坡，并进行了边坡支护。
根据地质报告，本站场地第四系覆盖层多为冲积、淤积成因，以粘性土、淤泥质土及砂为主，下伏基岩为晚燕山期白垩统砂岩。
站址地下水主要靠大气降雨补给，为潜水型的孔隙水，地下水位随季节发生变化。
2016年5月，运行人员发现220kV场地部分设备基础出现明显下沉，供电局组织召开了沉降分析会，确定由施工单位对全站构支架基础沉降情况进行观测。根据施工单位提供的沉降观测数据， 220kV场地部分构支架基础发生了较大的沉降，沉降量高达123mm。围墙局部下沉并有明显的外拱现象，道路、场地填土、围墙及外边坡均发现裂纹。
二、地质勘察报告的对比分析
2009年3月勘察单位完成地质勘察报告。本次变电站基础沉降发生后，勘察单位于2016年5月再次进行了沉降专题勘察，前后两次地质勘察所揭露到的岩土类别、厚度及分布规律基本一致；岩土的性状及力学特性等方面，除填土及淤泥质土性状在本次勘察中有所加强外（因为该土层经过地基处理及自重密实），其它岩土性状及力学特性基本一致；本次勘察的地下水位略有上升（与周边地形地貌的改变有关系），但地下水的类型及土层渗透性基本一致。基本可排除因地质勘察资料有误引起场地的沉降。
三、变电站220kV场地地基处理方案
本站原始地貌为山地及鱼塘，在本工程实施前，当地政府已对鱼塘及低洼区域进行堆填（未清理鱼塘底及低洼地的淤泥及表土且填土未经压实），填土的平均厚度约5.0米。在政府填土基础上，本站还需填高约4.90米。根据情况，场地填方区域采用了“强夯法+预制管桩”处理地基方案，方案通过了专家审核。
第一次强夯：开始大型土方施工前，首先对变电站用地范围内已有填土进行强夯处理，处理填土厚度为3.50～6.40米；第二次强夯：该部分填土为新增填土，填土厚度为5.77～3.98米。要求两次强夯单击夯击能均为300t•m，每次强夯后场地填土的承载力特征值达到160kPa。
预制管桩施工:全站填土强夯处理完成并检验合格后，220kV场地设备构支架采用φ300预应力混凝土管桩处理填土地基，管桩的有效长度为15～18米，平均桩长为16.5米，以强风化砂岩做持力层，并要求桩端进入持力层0.5米，且贯入度达到要求的控制值。
四、220kV场地沉降原因分析
综上所述，基本可排除因地质勘察资料有误或地基处理方案不当引起场地的沉降。
根据现场的沉降情况，经过多次现场踏勘及仔细的技术复核，可以总结出与沉降相关的因素主要有以下三个：
1.220kV场地区域政府填土质量差及下方存在淤泥质土
根据地质报告，政府填土的质量较差，填土材料混杂，填土前既没有清除表层有机土，也没有清除鱼塘底部的淤泥，只是简单推土堆填，未经任何处理。
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根据沉降观测数据，场地发生垂直方向的沉降及水平方向的轻微位移，变化量较大的地段与淤泥质土分布区域相吻合，而淤泥质土分布区域之外的地段地表沉降量及位移量则显著变小（详见下图）。因此，可判断220kV区域场地沉降及移位与淤泥质土存在必然的联系。
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淤泥质土之上覆盖有厚度约13m厚的填土层，受填土的荷载应力，淤泥质土逐渐产生一定程度的固结作用，虽然淤泥质土的厚度不是太大，但仍会表现出地表沉降及向外侧轻微横向位移。同时因边坡外侧临空，竖向荷载应力在扩散角现象作用下，水平方向的应力促使淤泥质土发生横向蠕变位移，在地表就表现出场地、设备基础沉降及向外侧横向位移。由于管桩只承受竖向荷载，而承受水平应力较小，故在水平应力作用下，管桩可能出现断桩、移位及倾斜现象，从而表现出沉降。
2.变电站外部排水环境及水文气象条件的变化
经多次现场踏勘发现，变电站周边环境变化较大，站址周边有多处积水区域，边坡下部长期受水浸泡，导致站址下方填土含水量增加，土体浸润软化后，土层力学强度会有所降低，土层地基承载力降低，从而可能导致变电站场地沉降。
含水量对土的力学性能影响非常大。土中水的存在，一方面使土粒间的吸引力降低，导致土的强度降低；另一方面孔隙水的存在改变了土中的应力，从而改变了土的力学行为。
3.220kV场地部分预制管桩施工
本站桩基分部工程施工及检测完成后，经各方验收合格，验收手续齐全、管理程序合法合规。从变电站及周边环境踏勘情况可以反映，变电站经强夯处理的建筑物（无桩基）、周边环境及建筑物都出现了不同程度下沉、移位及变形情况，故可间接证明220kV区域场地下沉与桩基无必然的联系。
施工过程中，220kV场地多数管桩达到设计贯入度却无法再打入，多数管桩高出场地约1～6米，高出的管桩需要锯除处理；同时有11根桩达到设计贯入度却无法再打入，以致桩头打爆，设计到场查看，并要求补桩。综上两点说明，施工单位对桩长的控制是根据现场实际情况决定的。
1）根据沉降观测累计沉降数据，可以看出有35处设备基础出现沉降，最大沉降113mm，其中有5根桩达到设计有效桩长15-18米，但也出现明显沉降，且出现最大沉降113mm，比其它不足设计有效桩长15-18米沉降更加严重。
2）查阅所有未沉降的设备基础，发现有23根桩长小于9米的桩无出现沉降，250余根桩长在9-14米的桩无出现沉降。
综上两点可以说明，由于地质情况复杂、地势起伏较大，设计有效桩长15-18米不是绝对的标准，不能以实际桩长达不到设计有效桩长判定桩长不入岩。
根据现场踏勘，沉降最为严重区域平均桩长约16m，下沉部位的桩长分别为16m、17.6m和17.7m，而桩长14m的部位反而无出现沉降。故可再次判断桩长与沉降无绝对的、必然的联系。
五、结论及建议
综上所述，变电站受以上几个因素相互影响、相互作用造成了基础的沉降，突出因素如下：
（1）变电站建成投产后，周边工厂快速建设，部分工厂占据了上游水库的泄洪通道，改变了变电站周边的排水环境，导致雨水排泄不畅，变电站填方区长期受水浸润软化，填土的力学性能降低,引起场地沉降；
（2）近几年降雨量增大，雨水增多，进一步加剧了站外的积水情况，致使填土浸水时间加长；
（3）政府回填土质量差，未清理鱼塘底及低洼地的淤泥及表土且填土未经压实，未清理的淤泥质土在填土荷载作用下产生固结和蠕变作用，逐渐产生场地沉降。
上述原因1、2导致的直接结果是填土的含水量不断增加，土的粘聚力C和内摩察角Φ值不断降低，承载力也在降低，压缩模量也相应降低，压缩模量与沉降量呈反比，所以填土层的自身沉降随着时间的积累也越来越大。
上述原因3导致的结果是淤泥质土层自身在上部填土的长期作用下，随着时间推移，会不断固结，随着淤泥质土固结度的提高,其沉降量会逐渐积累增加。另考虑到原因1、2的不利因素，导致填土的容重增加，所以作用在淤泥质土层上部的荷载也会随含水量的增加而变大，更进一步导致淤泥质土层沉降增大。
所以上述因素作用叠加，最终导致了变电站设备场地的不均匀沉降以及部分设备构支架的下沉与倾斜。
建议采取相应加固处理措施以保证变电站安全运行:
（1）首先完善变电站周边排水系统，可以采用新建混凝土排水沟明沟或用碎石外包土工布形成盲沟来排水 ，保证变电站周边排水顺畅，雨水不浸泡坡脚。
（2）加固已经变形的填方边坡，可以采用填土反压的方式增加边坡稳定性，也可以采用抗滑桩增加边坡的稳定性，同时修补已经破碎的边坡护面。
（3）加固站内设备构支架基础，可以采用静压钢质花管桩并注浆的方式，也可以采用树根桩等桩基托换技术处理设备构支架基础。
（4）站内沉降地面修复，先填土到原设计标高，同时修复积水井和排水管道，最后再恢复站内绿化。
参考文献：
[1]JGJ70-2002，J220-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[2]叶书麟,叶观宝.地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.174.
论文作者:安倩倩
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/17
标签：变电站论文; 场地论文; 淤泥论文; 填土论文; 土层论文; 地基论文; 基础论文; 《基层建设》2016年32期论文;