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(shè)分公司，杭州 310008；2.浙江省電力公司，杭州 310007）

近幾年寧波地區(qū)已建成投產(chǎn)運(yùn)行的500 kV天一變、河姆變相繼發(fā)生了地面下沉現(xiàn)象，造成變電所內(nèi)開關(guān)閘刀的電纜保護(hù)套管拉出、水管拉斷、設(shè)備傾斜等異常情況，嚴(yán)重威脅著變電所的正常運(yùn)行。

500 kV天一變地面下沉：場(chǎng)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(hù)套管與開關(guān)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(hù)小室內(nèi)地面出現(xiàn)不均勻沉降（最大40～50 mm）；保護(hù)屏出現(xiàn)傾斜。

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

1 地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)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(jì)濱海相、湖沼相沉積形成，為高壓縮性、低強(qiáng)度、弱透水性淤泥質(zhì)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(hào)土層的強(qiáng)度相對(duì)較高外，其余厚約13.0 m的土層（2號(hào)和3號(hào)土層）均為高壓縮性、低強(qiáng)度、弱透水性的淤泥質(zhì)土，承載力僅為35～45 kPa，不能作為地基持力層。因此對(duì)于承載力和變形要求較高的建（構(gòu)）筑物，必須進(jìn)行地基處理。而4號(hào)土層為硬塑粉質(zhì)粘土，承載力達(dá)到210 kPa，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，樁長(zhǎng)以樁端進(jìn)入4號(hào)土層2.0 m，所內(nèi)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(dá)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(qū)域內(nèi)大面積回填土的堆載作用下，對(duì)地面沉降影響極大。淤泥質(zhì)土層由于處于地基的上部，必然會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大變形。回填土的壓縮則與多個(gè)因素有關(guān)：厚度、密實(shí)度、碾壓工藝、土的組成等。式（1）為土力學(xué)沉降計(jì)算公式：

式中：s為地基最終變形量；s′為按分層總和法計(jì)算出的地基變形量；ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)及經(jīng)驗(yàn)確定；n為地基變形計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；p0為對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力；Esi為基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量；zi、zi-1為基礎(chǔ)底面下第i層土、第i-1層土底面的距離；αi、αi-1為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至自第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

經(jīng)計(jì)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(dá)200 mm左右。根據(jù)規(guī)律其沉降變形的形狀為“鍋底”形，即變電所場(chǎng)地中間區(qū)域的沉降量最大，四邊區(qū)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(jì)算得到的沉降量為最終沉降值。地基沉降的發(fā)生量與時(shí)間相關(guān)，根據(jù)式（2）計(jì)算某一時(shí)刻地表的沉降量：

式中：Ut為固結(jié)度；cv為固結(jié)系數(shù)；t為時(shí)間；H為土層厚度。

根據(jù)土層的物理力學(xué)指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算和其它工程實(shí)踐得出，10 m左右的淤泥質(zhì)土層自然固結(jié)需要幾十年的時(shí)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(jié)，即完成場(chǎng)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(chǎng)地內(nèi)道路、電纜溝等未打樁工程自重荷載產(chǎn)生較大沉降量與下面采取砼樁而沉降量較小的主要建（構(gòu)）筑物之間的沉降差。在主要建（構(gòu)）筑物下設(shè)計(jì)砼樁是合理的，但在變電所場(chǎng)地沉降變形壓縮量較大的情況下，還應(yīng)考慮不均勻下沉給場(chǎng)地、道路、電纜溝等帶來的影響，如從電纜溝引出的電纜保護(hù)套管與開關(guān)、閘刀等設(shè)備硬連接之間的不均勻沉降問題，對(duì)變電所內(nèi)各建筑物、小室等室內(nèi)地面引起不均勻的沉降也應(yīng)采取相應(yīng)對(duì)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(zhì)量，對(duì)建在軟土地區(qū)的變電站設(shè)計(jì)與施工可采取以下對(duì)策：

（1）在滿足負(fù)荷中心的前提下，盡可能回避軟土場(chǎng)地。場(chǎng)地的自然標(biāo)高選擇高一點(diǎn)，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(zhì)量，又可以降低工程造價(jià)。

（2）有大面積回填的變電所應(yīng)計(jì)算地面最大沉降量，同時(shí)針對(duì)各建（構(gòu)）筑物之間、各建（構(gòu)）筑物與場(chǎng)地之間以及地下水管道與各建（構(gòu)）筑物之間的不均勻沉降，應(yīng)有預(yù)防措施及沉降的設(shè)計(jì)說明。

（3）在室外場(chǎng)地的沉降中重點(diǎn)要解決從電纜溝引出的電纜保護(hù)套管與開關(guān)、閘刀等設(shè)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(shè)備傾斜等工程事故發(fā)生；埋入地下的水管與建筑物出口的水管接頭應(yīng)采用軟接頭，防止拉斷。

（4）對(duì)布置在零m層的屋內(nèi)配電裝置室、開關(guān)室等生產(chǎn)性用房，地面要做成鋼筋混凝土板或鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。對(duì)布置在零m層的控制室、保護(hù)小室原采用架空活動(dòng)地板的，應(yīng)改成電纜層處理。將地面荷載直接傳到樁基礎(chǔ)，使設(shè)備不受地面的不均勻沉降影響。

（5）建（構(gòu)）筑物在地質(zhì)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(dòng)協(xié)調(diào)，以減少沉降差。

（6）軟土地區(qū)沉降較大的應(yīng)采用復(fù)合地基，對(duì)場(chǎng)地全場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理，如堆載預(yù)壓，砂石樁地基、真空堆載預(yù)壓等，以減少工后沉降。

（7）在軟基場(chǎng)地建設(shè)變電所一定要注意施工順序，三通一平及回填土應(yīng)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(duì)下部的軟基有一定的預(yù)壓沉降作用。

（8）要加強(qiáng)對(duì)回填土質(zhì)量的管理（回填土本身的密實(shí)沉降迭加下沉降會(huì)更大），必須要分層壓實(shí)。明確場(chǎng)地回填土的密實(shí)度要求，回填材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

軟土地基不均勻沉降是客觀存在的，應(yīng)在工程設(shè)計(jì)、施工過程中引起足夠重視，采取相應(yīng)對(duì)策。防止或減少工程不均勻沉降，避免工程質(zhì)量安全事故的發(fā)生是每個(gè)土建工程技術(shù)人員的職責(zé)所在。