變電站回填施工與不均勻沉降關(guān)系研究

金龍飛，金涌川，王 汀，魯旭臣，馬成久

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006； 2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

變電站是指電力系統(tǒng)中對(duì)電壓和電流進(jìn)行變換，接受電能及分配電能的場所[1]，具有變換電壓、調(diào)控電流方向、分配電流、調(diào)整電壓的作用，是不同等級(jí)電網(wǎng)緊密連接的重要環(huán)節(jié)[2]。從技術(shù)層面角度來看，變電站建設(shè)不屬于單一性工程項(xiàng)目，所需要考慮的因素較為復(fù)雜，變電站土方回填質(zhì)量的好壞直接影響著變電站的安全，尤其是建設(shè)時(shí)必須綜合考慮其沉降程度，確保其建設(shè)地基始終處于穩(wěn)定狀態(tài)[3]，極大延長了變電工程的使用壽命及運(yùn)行狀態(tài)。

回填施工的隱蔽性極強(qiáng)，施工單位的施工質(zhì)量與施工工藝并非完全一致，同時(shí)，設(shè)備基礎(chǔ)沉降變化是一個(gè)較長的過程，需要定期觀測[4]。雖然變電站內(nèi)構(gòu)筑物的整體荷載不大，但構(gòu)筑物對(duì)沉降、不均勻沉降極為敏感，所以需嚴(yán)格控制回填施工的質(zhì)量[5]。

1 工程實(shí)例

東北某變電站新建工程，站區(qū)圍墻東西寬101.5 m，南北長190 m，圍墻中線占地面積約為19 285 m2，由于回填工程不合規(guī)，造成回填土整體不均勻沉降，進(jìn)而引發(fā)回填場地地表建筑變形等工程質(zhì)量問題，并且存在回填試驗(yàn)方法及流程不符合標(biāo)準(zhǔn)要求現(xiàn)象。在《土工試驗(yàn)報(bào)告》檢查中發(fā)現(xiàn)，首先施工單位未提供220 kV場區(qū)、66 kV場區(qū)母聯(lián)間隔HGIS等基坑回填土試驗(yàn)報(bào)告，整站只提供66 kV場區(qū)構(gòu)架基礎(chǔ)(9軸交C軸)一點(diǎn)回填土試驗(yàn)報(bào)告。但是在另一個(gè)《土工試驗(yàn)報(bào)告》檢查中，發(fā)現(xiàn)66 kV場區(qū)構(gòu)架基礎(chǔ)(9軸交C軸)回填土試驗(yàn)報(bào)告cd-tg-2019-0001至cd-tg-2019-0006，6層回填土試驗(yàn)報(bào)告委托試驗(yàn)日期均為2019年11月9日，試驗(yàn)報(bào)告出具日期均為2019年11月10日，但回填土取樣標(biāo)高已從-3.25 m(見圖1)回填至-2.00 m(見圖2)，6層回填土的分層回填及取樣時(shí)間與實(shí)際不符，且存在嚴(yán)重違規(guī)施工與試驗(yàn)流程不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象。

圖1 66 kV場區(qū)構(gòu)架基礎(chǔ)回填土試驗(yàn)報(bào)告1

圖2 66 kV場區(qū)構(gòu)架基礎(chǔ)回填土試驗(yàn)報(bào)告2

2 土方回填施工技術(shù)

2.1 基底處理

在基底處理施工過程中，應(yīng)當(dāng)采取措施防止地表水流入填方區(qū)，浸泡地基造成地基下陷，并排除坑穴中的淤泥、積水、種植土，清除基底上的有機(jī)物、雜物、垃圾等，將基底充分夯實(shí)和碾壓密實(shí)。當(dāng)填土場地地面陡于1∶5時(shí)，可將斜坡挖成階梯型。階高不大于1 m，臺(tái)階高寬比為1∶2，然后分層填土防止滑動(dòng)。

2.2 土料及含水率控制

黏土或排水不良的砂土作為回填土料的，其最優(yōu)含水量與相應(yīng)的最大干容重，宜通過擊實(shí)試驗(yàn)測定或通過計(jì)算確定。黏土的施工含水量與最優(yōu)含水量之差可控制為-4%～+2%，使用振動(dòng)輾時(shí)，可控制為-6%～+2%。砂土最優(yōu)含水率為8%～12%、粉質(zhì)黏土最優(yōu)含水率為19%～23%、粉土最優(yōu)含水率為16%～22%。含水率控制范圍以外的土料應(yīng)采取針對(duì)性的技術(shù)措施。

2.3 土方壓實(shí)

輪(夯)跡應(yīng)相互搭接，機(jī)械壓實(shí)應(yīng)控制行駛速度，在建筑物轉(zhuǎn)角、空間狹小等機(jī)械壓實(shí)不能作業(yè)的區(qū)域，可采用人工壓實(shí)的方法?；靥蠲娣e較大的區(qū)域，應(yīng)采取分層、分塊(段)回填壓實(shí)的方法，各塊(段)交界面應(yīng)設(shè)置成斜坡形，輾跡應(yīng)重疊0.5～1.0 m，填土施工時(shí)的分層厚度及壓實(shí)遍數(shù)應(yīng)符合表1規(guī)定，上、下層交界面應(yīng)錯(cuò)開，錯(cuò)開距離不應(yīng)小于1 m[6]。

表1 碾壓機(jī)具與厚度、次數(shù)關(guān)系

3 沉降觀測技術(shù)要求

3.1 沉降觀測目的

對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行變形觀測，能及時(shí)正確地反映變電站建筑地基、基礎(chǔ)在靜荷載或動(dòng)荷載及環(huán)境等因素影響下的變形情況或變形趨勢。既能及時(shí)掌握構(gòu)筑物基礎(chǔ)承載情況，又能掌握構(gòu)筑物沉降值，可預(yù)防因不均勻沉降造成構(gòu)筑物出現(xiàn)開裂甚至倒塌。在發(fā)生異常現(xiàn)象時(shí)，可在早期預(yù)警，通過分析從而實(shí)施相應(yīng)對(duì)策，以保證安全[7]。

3.2 觀測儀器

沉降觀測采用型號(hào)DS05水準(zhǔn)儀，等級(jí)不應(yīng)低于二等。使用的儀器均定期到檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)規(guī)范要求。

3.3 觀測周期

結(jié)合設(shè)計(jì)單位對(duì)地基土類型和沉降速率大小確定的時(shí)間和頻率，判定是否滿足要求；整個(gè)施工期觀測，基礎(chǔ)完成1次，設(shè)備安裝完成1次，施工期間隔3個(gè)月觀測1次，原則上不少于3次[8]，100天的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d時(shí)[9]，可視為基礎(chǔ)沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。每次沉降觀測結(jié)束，應(yīng)立即整合觀測后的數(shù)據(jù)，分析觀測成果是否符合要求。

3.4 沉降觀測方法

由設(shè)計(jì)單位土建、水工專業(yè)在各自施工圖冊(cè)上設(shè)定建筑物各沉降觀測點(diǎn)的位置、數(shù)量、埋設(shè)高度，施工單位在施工時(shí)按要求埋設(shè)。以基準(zhǔn)點(diǎn)BM1為起算點(diǎn)，并假定高程值為10 m，組成單一閉合水準(zhǔn)路線。水準(zhǔn)路線經(jīng)過大部分測點(diǎn)，其余測點(diǎn)采用間視。水準(zhǔn)測量采用二等水準(zhǔn)觀測，每次采用同一儀器，由同一觀測人員沿相同的路線進(jìn)行觀測。

圖3 土方回填施工技術(shù)流程

3.5 基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

豎向位移基準(zhǔn)網(wǎng)，采用幾何水準(zhǔn)法，布設(shè)成1條閉合水準(zhǔn)路線，使用電子水準(zhǔn)儀和條碼尺按二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求施測，經(jīng)平差處理后計(jì)算得到各基準(zhǔn)點(diǎn)的高程，作為沉降觀測基準(zhǔn)。

為防止豎向位移基準(zhǔn)點(diǎn)因外界原因發(fā)生破壞或變形，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)值出現(xiàn)錯(cuò)誤，每次沉降觀測均先對(duì)豎向位移基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3.6 數(shù)據(jù)格式及圖表

變形觀測點(diǎn)位成果表以附件形式附在報(bào)告后，每個(gè)點(diǎn)位成果列表均按照時(shí)間順序排列。沉降量的統(tǒng)計(jì)是按照各個(gè)時(shí)期觀測點(diǎn)位之間的高差來累加計(jì)算，而位移量的統(tǒng)計(jì)是按照各個(gè)時(shí)期觀測點(diǎn)位之間的位移量之差進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)。

沉降觀測點(diǎn)位成果圖以附件形式附在報(bào)告后，觀測點(diǎn)的下沉曲線見圖4，以橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)分上下兩部分，上部分為建筑荷載曲線，下部分為各觀測點(diǎn)的下沉曲線。每個(gè)建筑上的觀測點(diǎn)繪制最大沉降量、最小沉降量、平均沉降量曲線圖。

4 事故原因分析及預(yù)防措施

4.1 原因分析

導(dǎo)致本次大規(guī)模不均勻沉降事故發(fā)生的直接原因是在最初土方回填過程中施工單位未能按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工，每層鋪設(shè)厚度不合規(guī)、壓實(shí)機(jī)具選擇不正確，由于鋪設(shè)厚度超標(biāo)導(dǎo)致試驗(yàn)檢測壓實(shí)系數(shù)也不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場實(shí)際情況，雖然鋪設(shè)結(jié)束后增加了沉降觀測的頻率及點(diǎn)位數(shù)量，并且報(bào)告顯示短期內(nèi)沉降速率已完全達(dá)標(biāo)，但從常規(guī)變電工程的使用壽命角度考慮，其后期仍存在極大的安全隱患。

4.2 預(yù)防措施

回填階段需要注意的問題很多，回填材料的選用標(biāo)準(zhǔn)是其中十分重要的問題之一。通?；靥罟こ讨谢靥铍A段采用的方式是換料回填，并不是簡單的將開挖階段挖掘出的土壤進(jìn)行簡單處理后進(jìn)行回填，回填所用的土壤具有較高的標(biāo)準(zhǔn)，不能存在淤泥、腐蝕的土壤、一些埋在地下的垃圾和經(jīng)過時(shí)間累積所產(chǎn)生的一些有機(jī)物質(zhì)，這些材料如果混合在回填土壤內(nèi)，對(duì)于質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響，因?yàn)檫@些腐蝕的泥土以及淤泥的存在會(huì)導(dǎo)致符合標(biāo)準(zhǔn)的正常土壤腐蝕或被破壞的速度加快，進(jìn)而造成連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。

(a)

(b)

(c)圖4 觀測點(diǎn)的下沉曲線圖

除了回填用料的選擇，對(duì)于溝槽的處理也有一定的要求，由于挖掘回填工程的工程量較大，通常持續(xù)時(shí)間較長，會(huì)導(dǎo)致溝槽內(nèi)部存在較多的雜物，如果趕上較大規(guī)模的持續(xù)降雨，盡管存在排水系統(tǒng)但溝槽內(nèi)部還是會(huì)存在一定的積水，在進(jìn)行回填之前要將這些雜物例如磚塊、石塊、樹枝、樹葉等完全清除，特別是一些植物的枝葉比較容易被忽視，但這些植物枝葉對(duì)回填工程質(zhì)量的影響是很大的，植物枝葉在地下經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)分解，產(chǎn)生一些有機(jī)物，一段時(shí)間后會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生一定的腐蝕，與植物的枝葉類似，如果沒有將沉積的積水排出就進(jìn)行回填，水中的一些微生物也會(huì)產(chǎn)生類似的影響，加速土壤的腐蝕和老化。

一般情況下回填階段采用的回填方式是分層回填，分層回填時(shí)每層的厚度應(yīng)在30 cm之內(nèi)。采用砂和砂石地基的材料應(yīng)符合規(guī)定：宜采用顆粒級(jí)配良好的砂石，砂石的最大粒徑不宜大于50 mm，含泥量不應(yīng)大于5%；采用細(xì)砂時(shí)應(yīng)摻入碎石或卵石，摻入量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合東北某220 kV新建變電工程的實(shí)際案例，圍繞著連鎖發(fā)生的不均勻沉降以及重新回填仍未參照規(guī)范施工，介紹了回填工程與沉降觀測重要控制節(jié)點(diǎn)，通過全文的分析，類似工程在開工前應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注土方回填的施工質(zhì)量，回填土試驗(yàn)應(yīng)分層進(jìn)行，每層壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后，方可鋪填上層土。需重點(diǎn)關(guān)注《隱蔽工程驗(yàn)收記錄》《沉降量過程曲線》《土工試驗(yàn)報(bào)告》等相關(guān)材料，并且仍需對(duì)基坑和室內(nèi)土方回填，標(biāo)高、邊坡坡度、壓實(shí)度、場地平整度等信息反復(fù)確認(rèn)。做到壓實(shí)系數(shù)檢測達(dá)標(biāo)后，方可繼續(xù)鋪設(shè)上一層土方。