高沙土地區(qū)變電站周邊土體流失情況調(diào)查研究

賁樹俊 楊 巍 袁 俊 范冠宇 張建忙 張 華

(1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通供電分公司，江蘇 南通 226006； 2.江蘇省地質(zhì)工程勘察院，江蘇 南京 211102)

0 引言

江蘇地區(qū)分布有大面積的高沙土，主要位于通揚運河以南、以西，江、靖泰運河、江平路以北地區(qū)，要包括泰州、南通、揚州三市的泰興、姜堰、如皋、海安、江都5個縣(市)的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土地總面積3 190.23 km2，耕地面積18.75×104hm2。近年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進程加快，人們生活水平的不斷提高，消費觀念和消費水平也有了很大的轉(zhuǎn)變與提升，電力需求不斷增大，從而對電網(wǎng)建設(shè)提出了更高要求，促進了電力行業(yè)的發(fā)展。另外隨著我國電網(wǎng)智能化工程的推進，城鄉(xiāng)各地區(qū)建設(shè)智能化電網(wǎng)的序幕已經(jīng)拉開，為相應(yīng)配套設(shè)施建設(shè)的不斷完善提供了廣闊的發(fā)展空間。在此契機下，南通地區(qū)規(guī)劃并建設(shè)了相當規(guī)模的電力配套設(shè)施。隨著城市化、工業(yè)化和現(xiàn)代化進程的加快，基礎(chǔ)設(shè)施在施工建設(shè)和生產(chǎn)運行過程中產(chǎn)生了大量的擾動土，破壞了原有的土層結(jié)構(gòu)，使得建設(shè)項目區(qū)域內(nèi)水力侵蝕現(xiàn)象嚴重，原區(qū)人為開發(fā)建設(shè)活動破壞水保設(shè)施現(xiàn)象日益加劇，水土流失問題日趨嚴重。已建的位于高沙土地區(qū)的電力設(shè)施周圍出現(xiàn)大面積沉陷、下降，場地土流失嚴重。這些變電站出現(xiàn)的不同程度的塌陷、下沉將給變電站的安全運行帶來嚴重的隱患。揭示變電站場地土流失及沉降機理，找出解決土體變形的方法已成為一個重要課題，對于后期高沙土地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)具有重大理論意義和實用價值。

1 變電站地質(zhì)條件

野樹變電站原名如皋220 kV鄒莊變電站，位于如皋市下原鎮(zhèn)野樹社區(qū)9組，為一般電力設(shè)施。變電站場地內(nèi)建有生產(chǎn)綜合樓、變電運維班用房以及消防水池等建筑物，均采用天然地基，無地下室，基礎(chǔ)埋深2.0 m左右。根據(jù)勘察發(fā)現(xiàn)，該變電站場地內(nèi)已發(fā)生塌陷和地面沉降，主要位于下水道附近。

表1 各巖土層綜合特征表

場地揭示土層主要由粉(砂)土組成，水文地質(zhì)條件簡單，粉(砂)土層為含水層(弱～中等透水層)。根據(jù)地下水的賦存條件、水理性質(zhì)，地下水類型主要為潛水，主要賦存在粉(砂)土層中，補給來源為大氣降水、農(nóng)田灌溉水和地表人工排水，排泄方式以蒸發(fā)為主，徑流主要為側(cè)向徑流，水量動態(tài)變化相對較大，受季節(jié)性影響，雨季水位有所抬升，地下水位年變化幅度約為1.50 m～2.00 m。

根據(jù)已有資料可知，該變電站場地地貌類型屬長江下游沖積平原區(qū)高沙平原，設(shè)計基礎(chǔ)深度以及實際勘探資料分析表明，變電站基礎(chǔ)主要位于耕植土下部的粉土層中，因此該層粉土是此次研究的重點。

2 試驗布設(shè)

為了了解變電站周邊土體的力學(xué)性質(zhì)差異，在變電站周邊進行了相關(guān)調(diào)查工作的部署，主要包括：槽型鉆、靜力觸探、輕型動力觸探(N10)以及滲水試驗，其中勘探點1，2，3位于變電站外部，大多位于農(nóng)田，勘探點4，5位于變電站內(nèi)部，主要是布設(shè)于地面沉降及塌陷發(fā)生區(qū)，集中在下水道附近。工作部署圖如圖1所示。

2.1 槽型鉆

對于地表松散層4 m以淺地質(zhì)調(diào)查采用槽型取樣鉆技術(shù)，通過人力將槽型鉆頭敲入地表松散層中，再旋轉(zhuǎn)，提鉆，取樣。對于所取土樣進行詳細編錄，記錄淺表巖土組合特性及沉積構(gòu)造等，同時配套記錄地質(zhì)點周邊地貌及水文條件等方面的信息，并確定鉆孔所在處的地下水位，為進行水文地質(zhì)相關(guān)分析提供基礎(chǔ)資料。對于所取土樣編錄描述完成后，全部保存帶回實驗室，利用所取土樣進行該段土樣的顆粒分析研究，了解巖土體顆粒含量的垂向變化特征。

通過槽型鉆可以知道，野樹變電站處的水位埋深為2.4 m，地表0.3 m以上為耕植土，下部2.2 m深范圍內(nèi)為粉土。

2.2 靜力觸探

靜力觸探試驗適用于軟土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。通過記錄貫入阻力的變化情況，了解地層的工程性質(zhì)。

圖2中1,2,3三條曲線為位于變電站外部不同方位的靜力觸探曲線，4曲線為變電站內(nèi)塌陷區(qū)附近的靜力觸探曲線。通過靜力觸探曲線對比圖可以看出：側(cè)壁阻力與錐尖阻力隨深度變化曲線趨勢一致，位于變電站外部農(nóng)田中的靜力觸探曲線趨勢一致，均表現(xiàn)為隨深度增大。相比于位于變電站外部的三條靜力觸探曲線，位于內(nèi)部塌陷區(qū)附近的靜力觸探曲線值在0.52 m～4.0 m范圍內(nèi)明顯較小，表層局部較大。

2.3 輕型動力觸探(N10)

主要用于測試并提供淺基礎(chǔ)的地基承載力參數(shù)以及檢驗建筑物地基的夯實程度。針對塌陷發(fā)生區(qū)與未發(fā)生區(qū)分別進行試驗測定其貫入擊數(shù)，確定夯實程度，為后期分析提供依據(jù)。

圖3中1，2，3三條曲線為位于變電站外部不同方位的輕型動力觸探(N10)擊數(shù)隨深度變化曲線，4曲線為變電站內(nèi)塌陷區(qū)附近的輕型動力觸探(N10)擊數(shù)隨深度變化曲線。通過輕型動力觸探(N10)擊數(shù)對比圖可以看出：位于變電站外部農(nóng)田中的靜力觸探曲線趨勢基本一致。相比于位于變電站外部的三條輕型動力觸探(N10)擊數(shù)變化曲線，位于內(nèi)部塌陷區(qū)附近的輕型動力觸探(N10)擊數(shù)變化曲線值在0.7 m～1.7 m范圍內(nèi)明顯較小，0.0 m～0.7 m局部偏大，整體具有先增大后減小的規(guī)律。

2.4 滲水試驗

滲水試驗主要是為了在野外現(xiàn)場測定巖層的滲透系數(shù)，有助于了解與滲透相關(guān)的參數(shù)的特征。本次試驗主要采用單環(huán)法進行。

圖4中1,2,3三條曲線為位于變電站外部不同方位的滲透速度歷時曲線，4,5曲線為變電站內(nèi)塌陷區(qū)附近的滲透速度歷時曲線。通過滲透速度歷時曲線對比圖可以看出：位于變電站外部農(nóng)田中的滲透速度歷時曲線變化趨勢基本一致，其所求解出來的滲透系數(shù)較小。相比于位于變電站外部的三條滲透速度歷時曲線，位于內(nèi)部塌陷區(qū)附近的4點滲透速度歷時曲線所求解得出的滲透系數(shù)明顯較大；5點滲透速度與其余3點相差不大，主要是因為處于房屋地基及路邊處，夯實作用較為明顯。

2.5 顆粒分析

采用密度計法對槽型鉆調(diào)查所取土樣進行分析測定，其結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，不管是在哪個取樣深度，位于變電站內(nèi)部的4點所測得的顆粒含量百分比在粉粒范圍內(nèi)均比位于變電站外部的1,2,3點數(shù)值低；另外位于變電站內(nèi)部的4點數(shù) 值在粉粒范圍內(nèi)相對于外部的點在不同深度起伏變化。

3 結(jié)果分析

根據(jù)靜力觸探結(jié)果進行分析，推測出現(xiàn)上述情況的原因：

1)回填夯實度不夠，未達到設(shè)計指標；

2)回填土為雜填土，回填不均勻，明顯可見局部夾有大塊磚石；

3)在水流作用下局部土體內(nèi)細顆粒流失導(dǎo)致密實度降低。

根據(jù)輕型動力觸探結(jié)果分析，推測出現(xiàn)上述情況的原因：

1)回填不均勻，填土為雜填土，局部夾有大塊磚石，且表層回填土中夾有碎石墊層；

2)回填密實度不夠，未達到設(shè)計指標；

3)在水流作用下局部土體內(nèi)細顆粒流失導(dǎo)致密實度降低。

根據(jù)滲水試驗結(jié)果分析，推測出現(xiàn)上述情況的原因：

1)回填不均勻；

2)在水流作用下局部土體內(nèi)細顆粒流失導(dǎo)致密實度降低。

根據(jù)顆粒分析結(jié)果，推測出現(xiàn)上述情況的原因：主要可能與該點處的回填密實度有關(guān)。

綜上分析可知，變電站場地內(nèi)部出現(xiàn)塌陷和地面沉降的原因主要是回填不均勻?qū)е碌摹２痪鶆虻耐馏w顆粒在較大的水頭壓力下沿著大塊磚石架空出現(xiàn)的空隙移動，導(dǎo)致地面塌陷和沉降。

4 結(jié)語

通過對變電站場地周邊土體的物理力學(xué)性質(zhì)進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)變電站場地內(nèi)外土體之間存在較大差異，主要是場地內(nèi)部回填擾動導(dǎo)致土體不均勻，在水力作用下引發(fā)塌陷和地面沉降。調(diào)查結(jié)果從機理上展示了災(zāi)害發(fā)生的原因，為后期高沙土地區(qū)同類變電站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。