變電站地基沉降原因及解決對策

董睿華（四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川成都610041）

變電站地基沉降原因及解決對策

董睿華（四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川成都610041）

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求也隨之不斷攀高。為了滿足日益增加的用電負荷，提高供電可靠性，高電壓等級、智能化的變電站的建設(shè)力度近年來不斷加強。這些變電站的建設(shè)對各項技術(shù)要求很高，本文主要針對不良地質(zhì)條件下的地基沉降問題進行討論，分析地基沉降的原因并提出相應(yīng)的解決措施。

變電站；地基沉降；沉降處理

1　引言

各個方面的技術(shù)發(fā)展非常迅速，當(dāng)代變電站的設(shè)計的前進趨勢也體現(xiàn)為多樣化。在此項目領(lǐng)域中，地基的處理特別關(guān)鍵，通常會將回填區(qū)當(dāng)做變電站的修建地址，容易受自然條件和氣候的影響，降水?dāng)?shù)量的多少均會對變電站的建造造成程度不一的影響。不一樣地區(qū)土壤的特點和地質(zhì)負載力的高低和設(shè)計施工的質(zhì)量決定沉降的程度。假如在變電站地基設(shè)置和處理過程中對此些要素關(guān)注度較低，則或許因為氣候的影響而導(dǎo)致整個變電站設(shè)置受到不良影響，不僅會引發(fā)大的事故，而且還會給國家的財產(chǎn)造成很大的損失。所以，把變電站地基沉降的分析做好以及找出相應(yīng)的解決措施具有不可忽視的價值。

2　造成地基沉降的原因

變電站地基的沉降是指土建工程地基的下沉。變電站地基沉降主要有以下幾方面的原因：①變電站基地排水設(shè)施不完善。水是土質(zhì)的一個重要影響因素，如果變電站基地不能暢通的排水，這樣水就會大量的堆積，滲入基層之后就會改變基層結(jié)構(gòu)，進而引發(fā)下沉。②地基夯實不到位。為了保證變電站的穩(wěn)固性，通常會采用換填的變電站地基處理方法，即石夾土層把下層的土壤替換掉，通過采用夯壓工序使其成為堅固的人工地基。如果沒有做好夯實工作，就會為地基下沉留下隱患。③建設(shè)場地如果選在山坡坡底沖積平原。在這種情況下，雖然場地的表層非常平整，然而因為長壽山水的長時間侵蝕，而且形成這些平地的年代較近，若果堅持把變電站建在該場地的話，極大可能出現(xiàn)軟地基。在此情況下，變電站在運行過程中，就會出現(xiàn)地基不均勻的沉降問題，甚至出現(xiàn)變電站的傾斜與倒塌，后果不堪設(shè)想；如果選在地形落差較大的地方。經(jīng)過“一平三通”之后，那么變電站的大部分區(qū)域都是半挖半填的區(qū)域，極大可能出現(xiàn)填土較深、面積過大或回填土不規(guī)律等問題。雖然，在實際的施工過程中，對建筑場地進行了無數(shù)次的碾壓，但是一般情況下，施工的周期比較短，不能保證做好預(yù)沉降工作或做到全部的壓實。

3　軟土地基的處理方法

軟土具有天然含水量高、壓縮性高、天然孔隙比大、固結(jié)系數(shù)小、抗剪強度低、靈敏度高、土層層狀分布復(fù)雜、透水性差、擾動性大、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點，通常不能作為天然的路基使用，路基變形、破壞主要是由路基沉降造成的，所以能否恰當(dāng)?shù)奶幚砗密浲恋鼗粌H影響工程的投資，而且也會直接影響道路的工程質(zhì)量和使用性能。對軟土地基的處理方法很多，但無論采取哪種方法，為了能夠因在荷載作用下道路路基引起的沉降或不均勻沉降，處理之后的地基必須滿足透水性、動力穩(wěn)定、變形和強度的要求。常用的處理方法如下：

3.1砂墊層法

砂墊層法是一種加速沉降的發(fā)展，將固結(jié)過程縮短的方法，軟土層固結(jié)所需要的上部排水層是通過在軟土地基的頂面鋪設(shè)厚度為0.6～1.0m的砂墊層，具體的厚度由壓縮性、路堤高度以及軟土層的厚度決定，太薄效果差，太厚施工就會困難）。砂墊層可以作為路堤內(nèi)的地下排水層，可以降低堤內(nèi)的水位，使施工時作業(yè)條件得以改善。

砂墊層的特點是不需要特殊機具、施工簡單等。比較適合以下情況：軟土的表面沒有透水性低的硬殼；路堤的高度不高于極限高度的兩倍；軟土層具有雙面排水條件、不很厚的情況；當(dāng)?shù)赜猩?，并且運砂的距離不太遠，沒有緊迫的施工期限的工程。

采用砂墊層，砂最好采用粗砂及中砂，要求良好的級配。不均勻的顆粒的含量不應(yīng)該超過3～5%，系數(shù)低于5。砂墊層攤鋪時通常用攤土機以及自卸汽車，攤鋪要均勻，很大的集中載荷作用不應(yīng)該存在。當(dāng)路堤為透水性不好的粉土類土，路堤覆蓋路堤坡腳附近砂墊層，側(cè)向排水可能被阻礙，所以要處理好砂墊層的端部。

在進行填筑路堤的過程中，為了保證路堤不被損害，要合理安排填筑的速度，使地基承載力增加的速率和加載的速率要相適應(yīng)。通常施工觀測可以利用布置在路堤坡腳的位移邊樁以及埋設(shè)在路堤中線的地面沉降板，進而能夠隨時掌握在路堤填筑過程中地基的發(fā)展趨勢和變形情況，從而判斷地基的穩(wěn)定性，控制好填土的速度。

3.2強夯法

強夯法在處理軟土地基時利用自山落下的重錘所產(chǎn)生的沖擊波使地基密實，在土中這種沖擊所引起的振動是以波的形式向地下傳播的。對于飽和細顆粒土，土的結(jié)構(gòu)要求被破壞、產(chǎn)生超孔隙水壓力、山裂隙形成排水通道。對于飽和無粘性土，土體在夯擊過程中可能產(chǎn)生液化，其致密的過程與振動和爆破壓密過程有想通之處。

如果將地基當(dāng)做彈性板空間體，重錘在下落過程中動能越來越大，勢能越來越小，在下落過程中，勢能的大部分轉(zhuǎn)化為重錘的動能，即重錘自由下落過程就是將勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程，重錘夯擊地面時，這部分的動能一部分由于重錘與土體的摩擦變成熱能，還有一部分以聲波的形式向四周傳播，其余的大部分的沖擊可以使土地產(chǎn)生自由的振動，通過縱波、橫波和表面波的波體聯(lián)合在地基內(nèi)傳播，進而在地基中產(chǎn)生一個波場。

此外，縱波可以使土顆粒錯位，增大孔隙的壓力，解體土體骨架。橫波可以使土顆粒處于十分密實的狀態(tài)。水面波的水平分量可以使土得到密實，豎向分量起到松動土的作用。

3.3靜力排水固結(jié)法

靜力排水固結(jié)法對天然地基設(shè)置砂井等豎向排水體，在建筑物建造之前，在場地通過先行進行加載預(yù)壓，可以排除土整體的孔隙水，逐漸固結(jié)，地基產(chǎn)生沉降，與此同時強度不斷提高。靜力排水固結(jié)法可以解決以下兩個問題：

（1）穩(wěn)定問題：排水固結(jié)法可以加速增長地基土的抗剪強度，進而提高地基的穩(wěn)定性和承載力。

（2）沉降問題：在修筑路面以前沉降大部分或者基本完成，路面在使用過程中不至于產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。

排水固結(jié)法是由加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)組合而成的。水平排水體（砂墊層）和豎向排水體（塑料排水板、袋裝砂井以及普通砂井）組成排水系統(tǒng)；加壓系統(tǒng)包括聯(lián)合法、電滲法、降低地下水位法、真空法、堆載法。設(shè)置排水系統(tǒng)的目的是使排水的距離縮短，增加孔隙水排出的途徑，使地基原有的排水邊界條件改變。加壓系統(tǒng)就是增加地基土的固結(jié)壓力，進而產(chǎn)生固結(jié)。

3.4換填法

換填法就是挖去處于基礎(chǔ)地面以下且不太深的一定范圍的軟弱土層，然后選用具有抗侵蝕性的、性能穩(wěn)定、強度較高、質(zhì)地堅硬的礦砂、煤渣、灰土、素土、卵石、碎石、砂等材料進行分層填充，為了能夠成為良好的人工地基，使其達到所要求的密實度，需要采用機械或人工的方法進行分層壓、夯、振動。如果地基軟弱土層比較薄，并且上部荷載不大時，可以直接以機械或者人工的方法進行表層的壓、夯、振動等密實處理，也可以取得換填加固地基的效果。

進行淺層地基處理可以采用換填的方法，暗溝、暗洪、暗塘等淺層處理和低洼區(qū)域的填筑以及雜填土、淤泥質(zhì)土、已完成自重固結(jié)的回填土、淤泥、雜填土等地基的處理。地域性特殊土的處理也可以采用換填法。用于季節(jié)性凍土地基可以防止凍脹損壞和消除凍脹力等，用于山區(qū)地基可用于處理巖面破碎、傾斜、巖溶與土洞、軟硬不勻以及高低差等，用于濕陷性黃土地基可以使黃土的濕陷性消除，用于膨脹土地基可以使地基上的脹縮作用消除。

4　結(jié)語

變電站是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要保障，是一項重點民生工程，業(yè)界重點的關(guān)注內(nèi)容是其穩(wěn)定性和安全性。在不良地質(zhì)條件下，地基沉降是威脅變電站安全穩(wěn)定性的主要原因之一。所以為了使變電站的安全穩(wěn)定性得到保證，就必須采用科學(xué)有效的處理方法，從而把地基沉降的概率降到最低。

［1］羅 伶.某變電站主變壓器基礎(chǔ)地基沉降分析與處理［J］.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014，01.

［2］許永安.淺談變電站土建設(shè)計中的幾個問題［J］.山西建筑，2015，04.

［3］韋勝龍.淺談變電站土建基礎(chǔ)的處理技術(shù)［J］.技術(shù)與市場，2014，08.

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TM63

A

2095-2066（2016）25-0066-02

2016-8-1

董睿華（1985-），男，工程師，碩士，主要從事變電土建設(shè)計工作。