珠海市变电站工程软土地基沉降原因分析及对策研究

黄强飞

(广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海 519000）

珠海市变电站工程软土地基沉降原因分析及对策研究

黄强飞

(广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海 519000）

简述了珠海市工程地质概况，对软土层的分布概况、成因及特点进行了介绍，并列举了珠海软土的工程特性数据。对珠海市变电站设施地基沉降现象进行了研究和分类，总结了变电站各类设施的基础类型及其优缺点。结合珠海市部分变电站设施地基沉降现象和地质情况，给出了变电站地基处理优化建议。

变电站；地质；软土地基；沉降

0 引言

珠海市部分变电站的端子箱、站内道路、电缆等位置出现了地基不均匀沉降现象，导致了端子箱倾斜、道路开裂等比较严重的问题。根据多次实地调查研究，现就珠海市变电站地基沉降原因进行分析，并提出应对措施。

1 珠海市工程地质概况

1.1 珠海市地质地貌概况

珠海市地处广东省中部沿海、珠江三角洲南部前缘，地质构造上属新华夏系第二隆起带中次级紫金—博罗断裂带和莲花山断裂带的西南段，并被NW向的西江断裂分割成梯形断块，而SE和WN两侧分别与珠江口大型新生代沉积盆地和陆地上珠江三角洲盆地相邻[1]。

珠海市层状地貌特征明显，其中平原区占陆地面积50%以上(其他为山地、丘陵及台地），其沉积物以淤泥为主，原始标高为0～2 m(1956年黄海高程系）。由于原始地貌高程较低，结合变电站防洪排涝和市政规划相关要求，变电站场地一般需填土3～5 m，站址标高一般在3～5 m。

1.2 珠海市软土分布概况

根据地质勘探资料所揭露的情况，软土地层在珠海地区分布较广。珠海市软土地层分布大致可划分为5个区域:

(1）香洲区近海岸一带，软土零星分布，分布面积较小，层位不稳定，厚度一般为6～15 m，以淤泥及淤泥质土为主。

(2）南屏科技园一带，分布软土厚度一般为10～20 m，近前山河侧软土层较薄，近磨刀门侧软土层较厚，最大厚度超过30 m，淤泥为主。

(3）珠海保税区一带，分布面积较大，厚度15～30 m，靠近磨刀门水道侧局部厚度超过40 m，淤泥为主。

(4）横琴岛一带，分布面积较广，厚度一般为20～50 m，以淤泥为主。

(5）金湾区、斗门区一带，分布面积广，厚度20～40 m，淤泥为主。

1.3 珠海市软土地层的成因及特点

珠海市软土地层按沉积成因可分为3类:滨海相软土、三角洲相软土和内陆相软土。其中，滨海相软土为珠海市最主要的软土层。软土层主要裸露于地表或伏于新近填土层下，以黑色淤泥、淤泥质土为主。

珠海市软土具有如下工程特性:

(1）含水量高:天然含水量范围值为43.5%～132%，平均值为61.58%。

(2）压缩性高:孔隙比范围值为1.12～4.19，平均值为2.32。压缩系数范围值为1.56～4.86 MPa-1，平均值为2.59 MPa-1，属高压缩性土。

(3）承载力低:无侧限抗压强度范围值为2.39～31.3 kPa，平均值为13.6 kPa，未经修正的地基承载力特征值一般为30～50 kPa。

(4）渗透系数小:kv范围值为0.81×10-7～8.57×10-7cm·s-1，平均值为2.78×10-7cm·s-1。kh范围值为0.52×10-7～5.63×10-7cm·s-1，平均值为2.29×10-7cm·s-1。

(5）结构性:灵敏度范围值为1.13～12.0，平均值为6.58，属灵敏性土，具有很强的结构性，一旦受到扰动，其强度将迅速降低。

(6）流变性:软土地基重力式基坑支护结构在水平荷载稳定情况下发生明显的水平位移。

(7）欠固结特性:统计室内试验结果，淤泥层先期固结压应力pc的平均值为73.77 kPa，而软土平均厚度超过10～20 m，上覆填土厚度3～5 m，软土层的自重压应力一般超过100 kPa，因此，绝大多数软土层表现为欠固结特性。

基于上述特点，珠海地区的软土地层地基承载力和固结度往往不能满足工程要求；软土地层在各种作用下会产生较大的沉降，而且固结沉降时间长达数年，给变电站工程的地基处理造成了巨大的困难。

2 珠海市变电站工程软土地基工程情况

珠海市软土地层分布区域广，软土地基处理是变电站建设的常见问题。现结合变电站建、构筑物基础的类型和特点，对近年珠海供电局已投产变电站工程软土地基处理情况具体分析如下:

2.1 主要生产生活设施

此类设施包含的建、构筑物有:配电装置楼(室）、主控通信楼、户外构支架基础、主变压器基础、户外配电装置基础、消防水池及泵房、警传室、巡检楼、防火墙、站区围墙。

该类建、构筑物为变电站内的重要设施，对变电站的生产、安全运行有较大影响。

该类建、构筑物对地基的承载力和变形均有较高要求，地基处理方式通常采用桩基础(主要是采用PHC管桩，个别采用钻孔灌注桩），基桩穿过软土层，桩端持力层为全风化或强风化岩层。

桩基础承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、适应性强。桩端持力层为坚硬的岩石层，具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保了建、构筑物不产生过大的沉降和倾斜。根据近10年来我局的工程观测数据，采用桩基础的建、构筑物未发生地基质量事故或沉降问题。

此类建、构筑物的地基处理方案能确保基础的安全、稳定，地基处理方式合理。今后工程中依据地质勘探情况，在合理选用桩型和持力层的条件下，可继续采用桩基础进行地基处理。

2.2 辅助生产的构筑物

此类设施包含的构筑物有:事故油池、消防小室、端子箱基础、电缆沟、站内道路。

以上构筑物为辅助设施，地基承载力要求低，但是其中的电缆沟、站内道路对地基变形要求较高。

该类构筑物地基处理一般采用水泥搅拌桩进行处理。水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，使软土硬结形成具有整体性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。水泥搅拌桩地基处理方案适用于加固软土地基。

采用水泥搅拌桩进行地基处理后，复合地基承载力能满足要求，但受搅拌桩处理深度的限制(搅拌桩桩长约8～12 m），仍会产生一定的工后沉降(根据附加荷载大小和软土层的厚度，沉降约50～300 mm）。

2.2.1 事故油池、消防小室和端子箱基础

此类基础一般独立布置在场地某区域，周边无相互影响的设施。基础面积较小，可视为点状布置，基础刚度相对较大，具有一定抗变形能力。

在之前的工程中出现过端子箱基础沉降倾斜的情况(图1）。2003年后经设计优化，现端子箱基础与电缆沟通过设置沉降缝分开，后未出现端子箱沉降引起的破坏。

图1 端子箱基础不均匀沉降引起倾斜

事故油池和消防小室暂未出现沉降引起的问题，可沿用原有处理方式。

2.2.2 电缆沟和站内道路

此类设施在站区内为线性布置，长度方向刚度相对较小，抗变形能力差，对不均匀沉降较为敏感。

经水泥搅拌桩进行地基处理后，场地内土体仍会产生一定的固结沉降，引起电缆沟和站内道路出现不同程度沉降，长度方向呈高低起伏，沉降差较大(沉降超过100 mm）时，道路和电缆沟出现裂缝、局部断裂或倾斜的情况(图2、图3），严重影响电缆线路的运行安全。

2.2.3 水泥搅拌桩复合地基的沉降原因分析

结合水泥搅拌桩的加固原理、工程现场施工工艺等多方面分析，认为以下因素是造成水泥搅拌桩复合地基产生质量缺陷，引起沉降问题的主要原因:

图2 道路不均匀沉降起拱、开裂

图3 电缆沟不均匀沉降产生倾斜、开裂

(1）水泥搅拌桩桩体质量差。水泥掺入量和水灰比是水泥搅拌桩成桩的重要指标，直接影响到成桩质量和桩体强度，是影响地基承载力的主要因素。在施工过程中，当淤泥较为深厚或含水量较大的情况下，桩体容易出现质量缺陷，引起承载力不足。在施工现场管理中，水泥掺入量不易控制，容易出现偷工减料的现象，需要监理和甲方管理人员现场监督到位。

(2）回填土未压实，引起固结沉降。由于场地上部3～5 m的场地回填土未按设计要求分层碾压，回填土密实度无法满足设计要求。采用搅拌桩进行处理后，桩间土体在自重作用下产生固结沉降，对水泥桩体产生负摩阻力，引起桩体下沉。

(3）地下水位的变化造成地基沉降。珠海地区年平均降雨量为1 993.70 mm，其中降雨量集中在5—9月，雨量合计为年降雨量的77%。夏季施工的工程常遇暴雨天气且雨量较大，地下水位偏高。工程竣工后，冬季地下水位明显下降，引起地基产生一定的固结沉降。

(4）搅拌桩处理深度的影响。搅拌桩极限桩长一般为15～18 m，部分工程淤泥厚度在20～30 m，搅拌桩处理深度无法满足要求，引起沉降。

(5）周边建筑物填土的影响。由于变电站建设一般早于周边建筑设施，当周边建设时大量填土，在回填土体作用下，下部软土会产生水平位移和剪切破坏，引起局部地基下陷和起拱，使变电站与之相邻的地基受到一定影响，引起沉降或变形。

2.2.4 水泥搅拌桩法使用小结

(1）当软土地层较浅时(包括回填土层厚度不大于15 m），搅拌桩可进入硬土层，桩身质量差异较小，工后沉降也较小，可作为地基处理方案使用。且应进一步采取建筑、结构构造措施，减轻或消除固结沉降引起的质量问题。

(2）当软土地层较深厚时，虽然地基承载力满足要求，但由于搅拌桩成桩质量较差，工后沉降较大，应谨慎选用。

(3）根据上述情况，拟采取加强构造措施的方法，减少沉降影响。

2.3 其他设施

此类设施有:建筑出入口台阶坡道、建筑物散水、站区花池及地下管线等。

以上构筑物为站内辅助设施，附加荷载小，地基承载力要求低，对地基变形有一定要求。

此类设施一般位于回填土层上，站内回填厚度一般为2～5 m，回填施工一般采用大体积倾倒回填的方式，并未按设计要求分层回填并碾压，造成填土结构松散，在完工后仍有一定的固结沉降(填土层固结沉降为50～200 mm）。

由于建筑物沉降较小而此类构筑物随场地下沉引起沉降差较大，造成多数建筑物外的台阶坡道、散水和花池等出现开裂、倾斜下沉(图4、图5、图6、图7）。

图4 建筑物台阶下沉

图5 建筑物散水下沉

图6 停车场地坪下沉

图7 排水管线被拉断

根据此类设施的特点，拟采取建筑、结构构造措施减轻或消除固结沉降引起的质量问题。

3 变电站地基处理优化建议

3.1 电缆沟

由于电缆沟内敷设电缆，投产后若出现沉降问题，带电作业困难，建议全部采用桩基础。

电缆沟荷载小、承载力要求低，可采用摩擦桩，桩端进入黏土层或其他硬土层，选用较小桩径，并采用6～7 m的间距布置基桩。同时，电缆沟采用钢筋混凝土结构，并通过增大底板厚度和增强配筋等构造措施，提高基础安全性，消除沉降影响。

3.2 站内道路

(1）堆载预压法。经堆载预压法处理后，土体的自重固结沉降已基本完成，工后最终沉降量一般要求小于30 mm，可保证道路的平整不开裂(珠海大部分市政道路均采用此方法处理）。道路可按正常条件进行施工，不需增加构造措施。

(2）水泥搅拌桩法。经水泥搅拌桩处理后，部分深厚软土层仍有一定沉降。建议加强对道路的构造措施，以防止工后沉降。

站内道路可对下部1 m范围换填易压实的粗砂或碎石层等填筑材料，减少回填土体的沉降影响。在基层材料中采用增加包裹土工格栅的方式，增强抗变形能力。

3.3 户外台阶、坡道、散水

结合建筑物整体结构布置，在地坪相应处设悬挑梁板，户外台阶和坡道设置于悬挑板上，避免台阶坡道开裂下沉。周边场地土体沉降后进行填砂处理。

3.4 操作小道

操作小道面积较小，周边基础较多，宜结合周边配电装置基础的地基处理情况综合设计，并考虑对破损部分进行修复。

操作小道可参考以下处理方法:下部换填200 mm水泥碎石稳定层，C10混凝土垫层150 mm，30 mm厚干硬性水泥砂浆，上铺200 mm×100 mm×60 mm水泥路面砖。

3.5 地下管线

给排水管道宜考虑结合场地条件采取整体地基处理。

连接建筑物与室外的管线应充分考虑室内外地基差异沉降影响。在连接处预留足够的长度，对于给水、排水管应在连接处设置软接头。连接处还应设检修井以便及时检查、维护。

由于管线对沉降非常敏感，建议设置专用的管道沟，基础采用预制管桩基础。管线进入建筑物内，管道沟要与建筑物基础连为一体，减少管道沟变形。

3.6 场地回填土

严格控制场地回填土材料质量，必须按要求分层回填。回填后采用压路机等机械对填土整体进行压实，局部采用打夯机械进行打夯压实。每层碾压完毕后应立即进行压实度检测，对碾压次数和填土层厚进行优化调整，必须满足设计要求的压实系数。

3.7 建筑物周边开挖回填

建筑物在基础或电缆层施工期间，会产生二次开挖。该部分回填时施工面较小、工程量不大，建议将填筑材料统一改为粗砂或石粉，回填时冲水压实，以确保回填质量。

4 结语

本文对珠海市变电站工程软土地基沉降原因进行了研究，结合部分变电站设施地基沉降现象和地质情况，给出了处理优化建议，希望对解决相关问题有所助益。

[1]林奕禧，艾康洪，黄良机.珠海地区软土的工程特性及工程建设问题[J].岩石力学与工程学报，2006(S2）

2014-10-16

黄强飞(1965—），男，广东人，高级技师，从事输变电工程建设的管理工作。