變電所軟土地基不均勻沉降的防治

董觀生，鄢東方，毛志興

（1.浙江省電力公司超高壓建設分公司，杭州 310008；2.浙江省電力公司，杭州 310007）

近幾年寧波地區已建成投產運行的500 kV天一變、河姆變相繼發生了地面下沉現象，造成變電所內開關閘刀的電纜保護套管拉出、水管拉斷、設備傾斜等異常情況，嚴重威脅著變電所的正常運行。

500 kV天一變地面下沉：場地、道路、電纜溝等不均勻下沉 （最大約100 mm）；從電纜溝引出的電纜保護套管與開關閘刀的連接處套管拉出（10～30 mm），電纜拉緊；部分埋入地下的水管接頭被拉斷；保護小室內地面出現不均勻沉降（最大40～50 mm）；保護屏出現傾斜。

500 kV河姆變地面下沉：從電纜溝引出的電纜保護套管與開關閘刀的連接處套管拉出，保護小室內地面不均勻沉降（最大40～50 mm）；保護屏出現傾斜。

1 地質情況及設計方案

500 kV天一變、河姆變分別建造在軟土地基上，其所址淺部地層為一套第四紀濱海相、湖沼相沉積形成，為高壓縮性、低強度、弱透水性淤泥質土。如天一變工程13.50 m以上部分除表層厚約0.60～0.80 m的1號土層的強度相對較高外，其余厚約13.0 m的土層（2號和3號土層）均為高壓縮性、低強度、弱透水性的淤泥質土，承載力僅為35～45 kPa，不能作為地基持力層。因此對于承載力和變形要求較高的建（構）筑物，必須進行地基處理。而4號土層為硬塑粉質粘土，承載力達到210 kPa，設計作為地基持力層，其層頂埋深變化范圍為 11.30～17.0 m，一般為13.50 m，因此設計采用鋼筋混凝土預制樁，樁長以樁端進入4號土層2.0 m，所內建筑物及支架均打樁，道路、電纜溝等座在原土上，回填土平均厚度達1.2～1.5 m。

2 不均勻沉降原因分析

由于變電所地基存在回填土，其地面沉降由兩部分組成：回填土的壓縮及原地基土層的壓縮。500 kV變電所外圍尺寸為200～300 m，在變電所全區域內大面積回填土的堆載作用下，對地面沉降影響極大。淤泥質土層由于處于地基的上部，必然會產生相對較大變形。回填土的壓縮則與多個因素有關：厚度、密實度、碾壓工藝、土的組成等。式（1）為土力學沉降計算公式：

式中：s為地基最終變形量；s′為按分層總和法計算出的地基變形量；ψs為沉降計算經驗系數，根據地區沉降觀測及經驗確定；n為地基變形計算深度范圍內所劃分的土層數；p0為對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加應力；Esi為基礎底面下第i層土的壓縮模量；zi、zi-1為基礎底面下第i層土、第i-1層土底面的距離；αi、αi-1為基礎底面計算點至自第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數。

經計算，回填土的重力如按18 kN/m3考慮，1.2 m厚的回填土可使原地基土層的壓縮量達200 mm左右。根據規律其沉降變形的形狀為“鍋底”形，即變電所場地中間區域的沉降量最大，四邊區域的沉降量小。如考慮回填土本身的壓縮量，地表沉降值將更大。

以上計算得到的沉降量為最終沉降值。地基沉降的發生量與時間相關，根據式（2）計算某一時刻地表的沉降量：

式中：Ut為固結度；cv為固結系數；t為時間；H為土層厚度。

根據土層的物理力學指標，經計算和其它工程實踐得出，10 m左右的淤泥質土層自然固結需要幾十年的時間。一般情況下在開始幾年里的沉降量較大，而在后幾年里逐漸變小并趨于收斂，土體完全固結，即完成場地的最終沉降。在變電所施工期間，完成的沉降量一般占總沉降量的20%～30%。

造成上述異常情況的主要原因，是由于在軟土地基上大面積回填土堆載、場地內道路、電纜溝等未打樁工程自重荷載產生較大沉降量與下面采取砼樁而沉降量較小的主要建（構）筑物之間的沉降差。在主要建（構）筑物下設計砼樁是合理的，但在變電所場地沉降變形壓縮量較大的情況下，還應考慮不均勻下沉給場地、道路、電纜溝等帶來的影響，如從電纜溝引出的電纜保護套管與開關、閘刀等設備硬連接之間的不均勻沉降問題，對變電所內各建筑物、小室等室內地面引起不均勻的沉降也應采取相應對策。

3 不均勻沉降的控制

為了防止或減少地基不均勻沉降，保證工程的安全和質量，對建在軟土地區的變電站設計與施工可采取以下對策：

（1）在滿足負荷中心的前提下，盡可能回避軟土場地。場地的自然標高選擇高一點，盡可能滿足百年一遇的高水位，以減少回填土，既有利于確保工程質量，又可以降低工程造價。

（2）有大面積回填的變電所應計算地面最大沉降量，同時針對各建（構）筑物之間、各建（構）筑物與場地之間以及地下水管道與各建（構）筑物之間的不均勻沉降，應有預防措施及沉降的設計說明。

（3）在室外場地的沉降中重點要解決從電纜溝引出的電纜保護套管與開關、閘刀等設備硬連接之間的不均勻沉降問題，以避免閘刀開斷、電纜拉緊、設備傾斜等工程事故發生；埋入地下的水管與建筑物出口的水管接頭應采用軟接頭，防止拉斷。

（4）對布置在零m層的屋內配電裝置室、開關室等生產性用房，地面要做成鋼筋混凝土板或鋼筋混凝土梁板結構。對布置在零m層的控制室、保護小室原采用架空活動地板的，應改成電纜層處理。將地面荷載直接傳到樁基礎，使設備不受地面的不均勻沉降影響。

（5）建（構）筑物在地質條件允許的情況下宜采用摩擦樁基，留一定的后期沉降與地面沉降互動協調，以減少沉降差。

（6）軟土地區沉降較大的應采用復合地基，對場地全場進行預處理，如堆載預壓，砂石樁地基、真空堆載預壓等，以減少工后沉降。

（7）在軟基場地建設變電所一定要注意施工順序，三通一平及回填土應先施工，然后再施工管溝及上部建筑。盡早加上回填土荷載對下部的軟基有一定的預壓沉降作用。

（8）要加強對回填土質量的管理（回填土本身的密實沉降迭加下沉降會更大），必須要分層壓實。明確場地回填土的密實度要求，回填材料應符合設計要求。

4 結語

軟土地基不均勻沉降是客觀存在的，應在工程設計、施工過程中引起足夠重視，采取相應對策。防止或減少工程不均勻沉降，避免工程質量安全事故的發生是每個土建工程技術人員的職責所在。