110kV北堤變電站巖土工程綜合治理實例分析

莫廣堅

（廣東電網(wǎng)有限責任公司肇慶供電局，廣東 肇慶526000）

1 工程概況

110kV北堤變電站位于四會市南江工業(yè)區(qū)內(nèi)，工程于2010年12月31日投運。

自變電站竣工運行開始，站址內(nèi)就出現(xiàn)不同程度的沉降變形現(xiàn)象，出線構(gòu)架傾斜率達1／15，最大沉降量達660mm；1＃主變母線橋因沉降造成擠壓變形；配電裝置樓地面下沉，墻體局部開裂；電纜溝沉降嚴重，底板斷裂；站內(nèi)道路沉降嚴重，嚴重威脅到了變電站的正常運行。

變電站場區(qū)在地貌上屬于珠江三角洲沖積平原，場地土層分布主要是人工填土、現(xiàn)代沖洪積層和第四系沖洪積層、淤積層及白堊紀風化巖層，其中淤泥層在整個場地內(nèi)廣泛分布，總厚度一般＞6m。場地土層分層具體如表1所示。

表1 場地土層分層描述

2 巖土工程分析評價

（1）深厚層（9～10m）的人工回填土層的自重固結(jié)產(chǎn)生地面沉降。由于該土層松散并混建筑和生活垃圾，且含水量較高，固結(jié)程度低，因此在荷載作用下產(chǎn)生的沉降量也較大。

（2）淤泥質(zhì)土在附加應力作用下產(chǎn)生壓縮變形，造成地面沉降。附加應力主要為上覆厚層填土和建筑荷載［1］。

（3）變電站運行期間，站址北側(cè)圍墻外工業(yè)園進行了大面積填土，填土對圍墻附近土體產(chǎn)生了側(cè)向擠壓，一定程度上也加劇了站內(nèi)地基變形。

基于以上分析，按照經(jīng)驗公式對場地土層最終沉降量S進行估算，經(jīng)驗計算公式如下：

式中，S為地基最終沉降量（mm）；α為沉降經(jīng)驗系數(shù)；P0為基底附加壓力（kPa）；Esi為第i層土層壓縮模量（MPa）；Hi為土層厚度（m）。

以ZK5孔為例，計算結(jié)果如表2所示。

α取0.5，估算最終沉降量為816mm。根據(jù)現(xiàn)場實際測量，地面沉降量達550～660mm，按照估算的場地最終沉降量，目前場地沉降已完成70%～80%。

表2 最終沉降量估算表

自變電站出現(xiàn)沉降開始，即進行了沉降觀測，根據(jù)觀測結(jié)果，觀測點位移以豎向位移為主，水平位移量很小。綜合評價認為：場區(qū)地面變形以垂直沉降為主，觀測點產(chǎn)生水平位移的主要原因是垂直沉降差造成的。

3 工程治理原則和目標

（1）對于基礎(chǔ)沉降量大、傾斜變形嚴重的建（構(gòu)）筑物，需控制地基基礎(chǔ)沉降，消除引起沉降的因素，恢復設(shè)備位置至正常狀態(tài)，主要包括出線構(gòu)架、部分支架、配電裝置樓、主變等等。

（2）對于沉降量較小、傾斜變形不太嚴重、尚未對運行及人身安全造成嚴重威脅的建（構(gòu)）筑物，需控制地基基礎(chǔ)沉降，修復或重建部分破損嚴重的地段，上部結(jié)構(gòu)和設(shè)備修復至正常狀態(tài)，主要包括大部分支架、電纜溝、站內(nèi)道路等。

（3）對于沉降不明顯、不影響設(shè)備正常運行、不影響正常使用功能、不危及人身安全的建（構(gòu)）筑物，本期可不予修復［2］。

4 方案設(shè)計

4.1 出線構(gòu)架采用杯口糾偏法

該方案在構(gòu)架基礎(chǔ)承臺外側(cè)設(shè)置鋼管樁，外接部分承臺，通過植筋與原基礎(chǔ)承臺連接。鋼管采用 209×6無縫鋼管，樁身進入風化巖深度不少于1m。采用臨時固定裝置穩(wěn)定構(gòu)架后拆除杯口澆筑的混凝土，調(diào)整構(gòu)架至正常位置和標高后，重新澆筑杯口。出線構(gòu)架杯口糾偏示意圖如圖1所示。

圖1 出線構(gòu)架杯口糾偏示意圖

4.2 支架采用聯(lián)系梁加固

設(shè)備支架高度較低，上部荷載小，沉降量相對較小，基本沒有傾斜，因此支架不進行糾偏處理，只將個別沉降大、安全距離不滿足要求的支架拆除后重新澆筑，其余部分不做修復?；A(chǔ)加固采用聯(lián)系梁法，即在基礎(chǔ)之間設(shè)置聯(lián)系梁，加強基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性［3］。

4.3 配電裝置樓采用鋼管樁法

拆除原室內(nèi)地板和電纜溝，布置鋼管樁，重做電纜溝和樓板。為保證主體結(jié)構(gòu)安全，樓板受力體系與原框架結(jié)構(gòu)受力體系分離。原地板下沉降塌空部分用碎石回填并壓實。施工期間需停電。

4.4 水池、水泵房、警傳室門口地面

按照變電站擴建總體要求，水池、水泵房需易地重建，仍采用樁基礎(chǔ)，樁型采用灌注樁，采用 800鉆（沖）孔灌注樁，樁長約30m。上部結(jié)構(gòu)按原圖紙施工。

4.5 站內(nèi)道路

在局部凸起或凹陷等影響使用處，鑿掉原地面，鋪設(shè)碎石墊層約50cm并分層壓實，后重新鋪設(shè)砼路面。站內(nèi)地坪恢復至原設(shè)計標高，可用素土回填至原設(shè)計標高，回填要求分層鋪設(shè)、分層壓實。

4.6 避雷針

采用墊板糾偏法。拆除避雷針，在避雷針和基礎(chǔ)承臺之間安置墊片進行糾偏，基礎(chǔ)不做處理。

4.7 電纜溝及地下排水管網(wǎng)

電纜溝根據(jù)破損情況進行局部修復。對于底板斷裂等破損嚴重的部分進行拆除重做，對于變形不很嚴重、地板和側(cè)壁尚未斷裂的位置，可在變形突變等接頭部位，修整平順，并局部墊高平順電纜，防止電纜局部變形過大。對于站內(nèi)的排水溝重建，沉降已破壞了大部分地下排水系統(tǒng)，已失去使用功能，本次拆除重做。

4.8 站址北側(cè)圍墻外邊坡

修整邊坡，設(shè)置擋土墻。擋土墻采用仰斜式，M7.5漿砌石砌筑，擋土墻定位根據(jù)圍墻外紅線范圍確定，擋土墻墻腳設(shè)置排水溝。站外邊坡防護示意圖如圖2所示。

圖2 站外邊坡防護示意圖

5 施工及治理效果

本工程在分析評價和方案評估階段做了大量的工作，補充進行了巖土工程勘察，組織過數(shù)次專家評審會，到完成施工圖設(shè)計大約經(jīng)歷了一年時間，由于前期工作較細，真正的施工工期僅持續(xù)了三個月，治理后的變電站運行后狀態(tài)良好，通過持續(xù)的沉降觀測，各觀測點沉降量未超出規(guī)范要求范圍，處于收斂穩(wěn)定狀態(tài)，達到了預期效果。

6 結(jié)論

（1）對發(fā)生地面沉降病害的原因、機理進行科學合理的分析評價非常重要，該分析評價應包含對巖土工程條件的調(diào)查，對發(fā)生病害原理的分析，對未來病害發(fā)展的預測，以及對變電站運行的危害評估。

（2）要遵循科學合理可行的治理原則。由于建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式等很多，各建（構(gòu)）筑物的變形狀況不盡一致，對變形的敏感程度不一，因此應根據(jù)不同地段、不同的建（構(gòu)）筑物制定不同的治理原則。

（3）應詳細編制施工方案。變電站的沉降病害治理往往需要面對場地狹窄、停電施工等等問題，施工單位和運行單位要充分考慮，制定合理的施工方案，既要保證安全生產(chǎn)，又不宜對變電站正常運行產(chǎn)生大的影響。

［1］《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］龔曉南.地基處理手冊［M］.3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］林宗元.巖土工程勘察設(shè)計手冊［M］.沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，1996.