变电所软土地基不均匀沉降的防治

董观生，鄢东方，毛志兴

（1.浙江省电力公司超高压建设分公司，杭州 310008；2.浙江省电力公司，杭州 310007）

近几年宁波地区已建成投产运行的500 kV天一变、河姆变相继发生了地面下沉现象，造成变电所内开关闸刀的电缆保护套管拉出、水管拉断、设备倾斜等异常情况，严重威胁着变电所的正常运行。

500 kV天一变地面下沉：场地、道路、电缆沟等不均匀下沉 （最大约100 mm）；从电缆沟引出的电缆保护套管与开关闸刀的连接处套管拉出（10～30 mm），电缆拉紧；部分埋入地下的水管接头被拉断；保护小室内地面出现不均匀沉降（最大40～50 mm）；保护屏出现倾斜。

500 kV河姆变地面下沉：从电缆沟引出的电缆保护套管与开关闸刀的连接处套管拉出，保护小室内地面不均匀沉降（最大40～50 mm）；保护屏出现倾斜。

1 地质情况及设计方案

500 kV天一变、河姆变分别建造在软土地基上，其所址浅部地层为一套第四纪滨海相、湖沼相沉积形成，为高压缩性、低强度、弱透水性淤泥质土。如天一变工程13.50 m以上部分除表层厚约0.60～0.80 m的1号土层的强度相对较高外，其余厚约13.0 m的土层（2号和3号土层）均为高压缩性、低强度、弱透水性的淤泥质土，承载力仅为35～45 kPa，不能作为地基持力层。因此对于承载力和变形要求较高的建（构）筑物，必须进行地基处理。而4号土层为硬塑粉质粘土，承载力达到210 kPa，设计作为地基持力层，其层顶埋深变化范围为 11.30～17.0 m，一般为13.50 m，因此设计采用钢筋混凝土预制桩，桩长以桩端进入4号土层2.0 m，所内建筑物及支架均打桩，道路、电缆沟等座在原土上，回填土平均厚度达1.2～1.5 m。

2 不均匀沉降原因分析

由于变电所地基存在回填土，其地面沉降由两部分组成：回填土的压缩及原地基土层的压缩。500 kV变电所外围尺寸为200～300 m，在变电所全区域内大面积回填土的堆载作用下，对地面沉降影响极大。淤泥质土层由于处于地基的上部，必然会产生相对较大变形。回填土的压缩则与多个因素有关：厚度、密实度、碾压工艺、土的组成等。式（1）为土力学沉降计算公式：

式中：s为地基最终变形量；s′为按分层总和法计算出的地基变形量；ψs为沉降计算经验系数，根据地区沉降观测及经验确定；n为地基变形计算深度范围内所划分的土层数；p0为对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力；Esi为基础底面下第i层土的压缩模量；zi、zi-1为基础底面下第i层土、第i-1层土底面的距离；αi、αi-1为基础底面计算点至自第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。

经计算，回填土的重力如按18 kN/m3考虑，1.2 m厚的回填土可使原地基土层的压缩量达200 mm左右。根据规律其沉降变形的形状为“锅底”形，即变电所场地中间区域的沉降量最大，四边区域的沉降量小。如考虑回填土本身的压缩量，地表沉降值将更大。

以上计算得到的沉降量为最终沉降值。地基沉降的发生量与时间相关，根据式（2）计算某一时刻地表的沉降量：

式中：Ut为固结度；cv为固结系数；t为时间；H为土层厚度。

根据土层的物理力学指标，经计算和其它工程实践得出，10 m左右的淤泥质土层自然固结需要几十年的时间。一般情况下在开始几年里的沉降量较大，而在后几年里逐渐变小并趋于收敛，土体完全固结，即完成场地的最终沉降。在变电所施工期间，完成的沉降量一般占总沉降量的20%～30%。

造成上述异常情况的主要原因，是由于在软土地基上大面积回填土堆载、场地内道路、电缆沟等未打桩工程自重荷载产生较大沉降量与下面采取砼桩而沉降量较小的主要建（构）筑物之间的沉降差。在主要建（构）筑物下设计砼桩是合理的，但在变电所场地沉降变形压缩量较大的情况下，还应考虑不均匀下沉给场地、道路、电缆沟等带来的影响，如从电缆沟引出的电缆保护套管与开关、闸刀等设备硬连接之间的不均匀沉降问题，对变电所内各建筑物、小室等室内地面引起不均匀的沉降也应采取相应对策。

3 不均匀沉降的控制

为了防止或减少地基不均匀沉降，保证工程的安全和质量，对建在软土地区的变电站设计与施工可采取以下对策：

（1）在满足负荷中心的前提下，尽可能回避软土场地。场地的自然标高选择高一点，尽可能满足百年一遇的高水位，以减少回填土，既有利于确保工程质量，又可以降低工程造价。

（2）有大面积回填的变电所应计算地面最大沉降量，同时针对各建（构）筑物之间、各建（构）筑物与场地之间以及地下水管道与各建（构）筑物之间的不均匀沉降，应有预防措施及沉降的设计说明。

（3）在室外场地的沉降中重点要解决从电缆沟引出的电缆保护套管与开关、闸刀等设备硬连接之间的不均匀沉降问题，以避免闸刀开断、电缆拉紧、设备倾斜等工程事故发生；埋入地下的水管与建筑物出口的水管接头应采用软接头，防止拉断。

（4）对布置在零m层的屋内配电装置室、开关室等生产性用房，地面要做成钢筋混凝土板或钢筋混凝土梁板结构。对布置在零m层的控制室、保护小室原采用架空活动地板的，应改成电缆层处理。将地面荷载直接传到桩基础，使设备不受地面的不均匀沉降影响。

（5）建（构）筑物在地质条件允许的情况下宜采用摩擦桩基，留一定的后期沉降与地面沉降互动协调，以减少沉降差。

（6）软土地区沉降较大的应采用复合地基，对场地全场进行预处理，如堆载预压，砂石桩地基、真空堆载预压等，以减少工后沉降。

（7）在软基场地建设变电所一定要注意施工顺序，三通一平及回填土应先施工，然后再施工管沟及上部建筑。尽早加上回填土荷载对下部的软基有一定的预压沉降作用。

（8）要加强对回填土质量的管理（回填土本身的密实沉降迭加下沉降会更大），必须要分层压实。明确场地回填土的密实度要求，回填材料应符合设计要求。

4 结语

软土地基不均匀沉降是客观存在的，应在工程设计、施工过程中引起足够重视，采取相应对策。防止或减少工程不均匀沉降，避免工程质量安全事故的发生是每个土建工程技术人员的职责所在。