山区复杂场地某110 kV变电站地基沉降分析及处理

刘宇平 张秉来 甘生军 梁全录 余 焘

(青海省电力设计院，青海 西宁 810008)

山区复杂场地某110 kV变电站地基沉降分析及处理

刘宇平 张秉来 甘生军 梁全录 余 焘

(青海省电力设计院，青海 西宁 810008)

根据山区某变电站的工程场地条件和周围环境情况，分析了变电站不均匀沉降的主要原因，选择高压喷射注浆法地基处理方案，并提出了山区复杂场地变电站地基处理的具体措施和防护意见，以期为类似工程提供参考。

山区复杂场地，变电站，地基沉降，高压喷射注浆法

近年来，随着城市基础设施建设的大规模兴建，城市用地日益紧缺，变电站的选址也愈加困难，使得大量变电站工程只能依山而建。由于山区本身地质条件复杂，变电站回填土一般均就地取材，填料工程性质一般较差，常造成山区变电站地基不均匀沉降[1]。由此导致变电站建(构)筑物变形和电力设备的损坏，进而导致变电站无法正常运行，甚至造成重大经济损失。因此，对于山区复杂场地变电站不良地基处理已成为电力工程领域在变电站建设中的关键研究课题。

本文依托山区复杂场地某110 kV变电站工程，分析山区变电站地基不均匀沉降的成因，并介绍了山区变电站不良地基的处理方法，可为今后山区变电站的建设提供借鉴。

1 概述

1.1 工程概况

本文山区复杂场地某110 kV变电站始建于2012年，高程为2 630 m～2 634 m。变电站主体为砖混结构，平面尺寸为40 m×19 m，回填区面积约占总面积30%，回填区最大深度为5.0 m。在2013年5月发现站区东北侧地面局部有少量下沉。2014年11月一继电保护室出现地表沉降，高压室墙体出现斜向裂缝，且裂缝已发展稳定。2015年12月，该山区变电站东北角的继电保护室、高压室地基发生沉降变形，沉降量约为30 mm～70 mm，其中变电站大门两侧沉降量达到60 mm。继电保护室、高压室墙体及室外东北角两侧的围墙裂缝斜向发展明显，墙体裂缝均呈现出中间宽大、两边窄的特征，其他主变及开关柜处有不同程度的沉降，已影响到变电站的正常运行，故急需对该山区变电站地基进行处理。

1.2 地形地质条件

该站址区地貌上属黄河阶地地貌，微地貌为冲洪积扇边缘，地形起伏较大，总体上呈东南高西北低之势，地势较开阔。在勘察深度范围内场地地基土上部主要由第四系冲洪积形成的圆砾，其中夹呈透镜体状分布的粉土薄层，其下为粉土，局部夹薄层透镜体圆砾，主要地层自上而下分别为：1)第①层圆砾，该层厚度3.9 m～7.8 m，平均厚度6.4 m；2)第②层粉土平均厚度1.0 m;3)第③层卵石，底层深度16 m～20 m。

该场地东南侧有自东南向西北的冲沟发育，雨季多汇集山洪，冲沟为泥石流冲沟，沟深50 mm～80 mm，宽度约18 m～30 m。该冲沟直接在场地中央通过，场地处为泥石流堆积区，冲沟对场地的安全影响大。本场地无湿陷性黄土。现场勘察揭露最大勘探深度16.70 m内均未见到地下水，根据周边场地调查及附近勘察资料了解，地下水埋深在30 m以下，该站址拟建区域不受地下水影响。

2 地基沉降原因

2.1 超挖回填不当

据现场踏勘了解，现场地质情况良好，与勘察地形地貌，地质岩性相符，①层圆砾、③层卵石分布稳定，承载力较高，完全满足构筑物基础承载力及变形要求。但建设施工时又存在超挖现象，超挖深度约2.0 m，超挖最大深度为5.0 m，沉降最为严重处为施工期超挖最多区域。由于变电站选址在半山坡的冲积平地，地形高差大，变电站地基超挖后只做松散回填，新近填土土层深且分布广而厚度不均，压实不够密实。施工后期又未采取有效的加固措施，致使土层压实系数达不到要求，结构疏松、承载力小，地基填土在荷载作用下，地基承载力远小于基底压力，从而产生沉降，影响变电站上部结构的强度和稳定性，导致电力设备和管线遭受破坏，甚至引发电力安全事故。

2.2 站区内排水不畅

变电站位置处在黄河边冲洪积扇扇缘，容易形成汇水。近几年，地区降雨量普遍增加，加之变电站排洪沟部分已损毁严重，站区内原有场地密实度差异较大，部分地方存在孔洞，下雨时有部分雨水从地表渗入变电站地基土中，地基土中的细颗粒土随地下水流失，使孔隙增大，承载力变小，然后地基土慢慢随承载力增加和自重影响，徐变密实，孔隙比减小，造成变电站地基发生不均匀沉降，站内路面凹凸不平，进而影响到变电站建(构)筑物的稳定。

2.3 原地基处理效果不理想

由于变电站选址在半山坡的冲积平地，地形高差大，由于新近人工填土和天然地基部分强度不同，压实系数很难控制，造成工程竣工后填方区地基发生轻微沉降。经现场岩土工程补勘证实，该变电站在原施工过程中地基土强夯处理深度不均匀或处理效果不理想，站内垫层十分松散，未达到设计要求，从而加速了站内建(构)筑物发生不均匀沉降。此外，由于原施工质量为达到设计要求，高压配电室、继电保护室等部分建筑物饰面出现空鼓、脱落和裂缝现象，结构部位依然可见蜂窝、麻面等质量缺陷，虽为一般质量缺陷，但在外部环境长期作用下，容易引起变电站结构强度和耐久性降低，影响变电站的正常运行和使用。

3 加固处理方案

地基处理的方法多种多样，各处理方法有其相应的适用范围。结合本工程的场地地质条件和实际特点，并根据结构类型、适用范围、施工条件和预处理效果等方面全面考虑[2]，首先确定了3种地基处理方案，然后从适用范围、经济实用性、工期要求及优缺点等方面进行对比，最终确定采用高压喷射注浆法地基处理方案。

3.1 地基加固处理方案比选

方案一:基础加宽托换。

基础加宽托换法的方法原理是通过加宽基础以增大基础面积，有效减小作用在基底的接触压力，从而降低地基上的附加应力，使基础的沉降量减小或满足地基的承载力和基础变形要求。基础加宽托换法一般采用在原基础单侧或双侧设置锚筋新做基础，以加宽基础。该方法的优点是设备简单、施工方便、估算投资费用低。缺点是新做基础与旧基础界面连接不可靠，无缝对接难度大，基础界面易发生开裂和剥离，影响基础加宽托换后的抗拉、抗剪性能，且施工工期长[3]。

本工程中为增强地基加固效果，建议采用植筋法连接新做基础与旧基础界面，从而有效提高新旧结构界面的共同工作性能和基础咬合力。条形基础混凝土强度等级不应低于C20[4]，改进后的基础加宽托换法如图1，图2所示。

方案二：桩基加固法。

桩基加固法是在基础底部或基础侧面新做桩，将上部荷载传到强度高[4]、压缩性小的土层中，从而起到加固地基的作用。本工程选③层圆砾层作为桩端持力层，每台主变压器基础周边布置挖孔桩，在高压室、控制室基础内、外两侧布置钢筋混凝土灌注桩。桩基加固法的优点是加固效果稳定、耐久性好、适用性强。缺点是估算成本高、施工繁琐、工期难以保证。

方案三:高压喷射注浆(高压旋喷桩)法。

高压喷射注浆法是利用钻机等设备，以高压设备将20 MPa以上的射流通过带有喷嘴的注浆管喷射到既有建(构)筑物预定深度土体中，冲击破坏土体，使水泥浆与土体搅拌混合，形成连续的水泥固结体，提高地基的承载能力。该方法的优点是施工简单、施工设备少、加固效果稳定、耐久性较好、施工工期短，适用于各种土层。缺点是估算成本较高[5]。

经综合分析，从适用范围、工期、实用性、经济性及其各自的优缺点等方面，鉴于高压注浆法(高压旋喷桩)在工期、加固效果、实用性等方面的优势，本工程地基处理方法采用方案三。

3.2 工程问题处理方案研究

1)高压室、控制室及电缆沟地基。

考虑到高压室、控制室及电缆沟等处地基承受荷载为静载，且有电气设备运行，地基处理不宜对既有建(构)筑物地基造成过大扰动，本工程采用高压喷射注浆法处理地基。通过对各土层力学性质、密实性、地基承载力和压缩模量等分析，本阶段高压旋喷桩以稍密的卵石层作为桩端持力层，桩径为d=600 mm，桩长L=1 000 mm～1 500 mm，建筑物基础范围内桩间距采用2 000 mm，主变基础范围内桩间距为4 000 mm，其他站内区域按1 100 mm设计，分散式布桩。高压旋喷桩加固方案及布桩方式见图3，图4。

2)墙体裂缝。

a.高压室、控制室开裂墙面。

由前期变形监测可知，高压室、控制室墙面裂缝变形已趋于稳定，对墙体裂缝宽度小于3 mm的裂缝可采用压力灌浆方法进行修补，并沿裂缝方向粘贴纤维复合材料，并用水泥砂浆抹平。实际裂缝宽度大于5 mm的裂缝可采用水泥砂浆灌浆加固，最后对墙体重新粉刷。

b.室外围墙。

对于东北角两侧室外围墙，由于墙体局部发生沉降变形，不影响围墙的稳定性、安全性，可采用高压注浆方式处理，将泥浆和砂石搅拌固化后形成复合地基，从而使地基结构趋于致密，从而提高地基的承载力。本工程围墙开裂是由于基础不均匀沉降产生的砖墙裂缝，因此，现场几处裂缝并不会引起墙柱的强度和刚度问题，也不影响围墙整体的稳定性、安全性，不需要加固补强处理，待沉降稳定后，用水泥砂浆和碳纤维布做修补处理即可。

3)站区内道路。

本工程站内道路路面开裂是由于基础不均匀沉降产生，且沉降比较均匀，不影响站内道路的使用，对道路裂缝灌浆抹平即可。

4)其他。

由于本工程场地附近有冲沟发育，建议在整体防洪处理的基础上，在本场地东南侧修筑必要的防洪挡土墙与排洪沟，以防止泥石流及洪水对场地的影响。对站内既有排水设施进行检查修复，做到有强降雨时排水通畅，防止站内积水引起地基不均匀沉降。

4 结语

本文结合山区复杂场地某110 kV变电站地基沉降分析及处理的工程实践，介绍了山区变电站不均匀沉降地基处理方法及要领。沉降观测结果显示，加固后该变电站运行良好，不会引发新的不均匀沉降。

通过对本工程地基沉降事故的分析与处理，可以得到以下几点认识：

1)山区复杂场地变电站应慎重选择基础设计，特别要注意高填方地基工后的变形及稳定性问题。山区变电站地基全部就地取材，填方填料主要由不同粒径的碎石和土混合组成，具有良好的工程性质，但由于对山区复杂场地地基土回填压实性能和压实标准缺乏系统深入的研究成果，易造成地基不均匀沉降[6]。

2)山区变电站回填地基要进行边坡的稳定性验算，密切关注不良地质作用，并对站区内防护设施定期进行检查修复，以防突发地质灾害对变电站的影响。

3)本文以山区复杂场地某110 kV变电站地基沉降实践工程为例，利用高压喷射注浆法在卵石土层中加固地基效果良好，可为类似工程参考借鉴。

[1] 王利军,钱德玲.运用填筑控制技术解决山区复杂场地变电站的地基础处理[J].科技信息,2012(29)：189-190.

[2] 秦佳宁,秦世鹏.变电站不良地基处理[J].红水河,2010(3)：67-68.

[3] 龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,2008.

[4] GB 50007—2011,建筑地基基础设计规范[S].

[5] JGJ 79—2012,建筑地基处理技术规范[S].

[6] 贺广零,李倩妹.山区变电站高填方地基工后沉降分析[J].建筑科学与工程学报,2007(4)：112-113.

Analysisandtreatmentoffoundationsettlementofa110kVsubstationincomplexmountainousarea

LiuYupingZhangBinglaiGanShengjunLiangQuanluYuTao

(ElectricPowerDesignInstituteofQinghaiProvince,Xining810008,China)

According to the site conditions and the surrounding environment of the transformer substation in mountainous area, analyzed the main causes of uneven settlement of substation, choose the method of high pressure jet grouting treatment scheme, and puts forward the treatment measures and protection opinions of foundation settlement of the substations in complex mountainous area, which can provide reference for similar engineering.

complex mountainous area， transformation substation， ground settlement， high pressure jet grouting method

2017-01-15

刘宇平(1991- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2017)35-0065-03

TU433

A