填土场地变电站基础差异沉降分析与处理

朱进军 魏 来

(1.连云港职业技术学院，江苏 连云港 222006;2.南京电力设计院，江苏 南京 210013)

0 引言

高电压等级变电站由于使用功能上的要求，一般均设有一些辅助的结构设施，如吊装平台等。然而，这类结构构件的使用频率小、结构荷载小，设计人员往往对其不够重视;尤其在其基础选型问题上，常常从经济性的角度考虑而尽量采用浅基础，甚至一些工程主体结构采用桩基础而吊装平台采用浅基础。

同时，随着近年来城市规模的扩大，建设用地日趋紧张，大量河塘、漫滩被回填用作建筑场地，江苏地区就有许多变电站建造在这类场地上。新近填土地基工程性质较差，具有不均匀、欠固结等特点，地基承载力低，后期沉降大，尤其容易产生不均匀沉降，影响工程的正常运行。本文结合某变电站地基沉降事故，从工程场地条件、基础选型等方面分析了事故的原因，并介绍了事故处理方案，供类似工程参考。

1 工程概况

1.1 概述

某110 kV变电站位于新近填土场地，框架结构体系，平面尺寸38.25 m×19 m，建筑总高度15 m。主体结构采用桩基础，室外楼梯及吊装平台采用独立基础，由于使用功能要求局部带有地下室，建筑平面布置如图1所示，独立基础如图2所示。

图1 建筑平面图

图2 独立基础示意图

1.2 场地条件

场地表层覆有较厚新近填土，呈含水量高、孔隙率大、承载力差等特点。土层自上而下可分为6个亚层，各土层物理力学指标及土层特征见表1。

表1 各土层物理力学指标

2 地基沉降状况及其原因分析

2.1 地基沉降事故描述

在竣工投运2年后，发现该建筑地面及吊装平台基础出现下沉现象，后经观测确定沉降有不断发展趋势，严重影响正常使用。

1)吊装平台基础严重下沉，而主体结构采用桩基础沉降较小，在两者之间产生不均匀沉降，造成平台梁端部及平台板拉裂，严重影响正常使用。平台梁板裂缝状况如图3所示。

2)室内外地面严重下沉。室内地面呈中部下沉多，四周下沉少的“锅底状”，进而引起设备随之下沉。经测量，室内地面中央沉降近90 mm，周边沉降约40 mm，严重影响了设备的正常运行。室外地面普遍下沉约200 mm，造成室外台阶、花坛与建筑脱开，如图4所示。

3)围墙严重开裂、倾斜，有重大安全隐患，无法继续使用。

图3 平台梁板裂缝示意图

图4 室外台阶、花坛下沉

2.2 事故原因分析

1)工程场地条件复杂、地基土工程性质较差是事故发生的主要原因。

a.场地表层覆有厚约2 m的新近填土，原设计方案未对该层土采取有效加固措施，填土在自重作用下产生自重固结，必然引发地面沉降。

b.填土下分布有深厚②层软弱土，低强度、高压缩性。在上部填土作用下，其应力条件发生改变，产生了固结沉降。

c.场地地下水位较高，稳定水位埋深在0.90 m～1.0 m。近年来随着该地区大规模的开发建设，本工程场地东侧、东南侧新建建筑物以及周边道路施工时采用了井点降水方法进行施工，造成地下水位下降，加快了土体固结的速度。

2)基础选型不当是造成事故的另外一个重要原因。

a.按照规范［1，2］要求，同一栋建筑物基础形式应统一。本工程中主体结构采用桩基础，而吊装平台因荷载较小采用独立基础，造成两者之间产生不均匀沉降。尤为重要的是，独立基础平面尺寸1.8 m×1.8 m，埋于地表下2.4 m，土体发生固结沉降后与基础脱开，基础上部土体自重GS作为荷载作用在基础上。如图5所示，平台梁由两端支撑状态变为悬臂状态，与主体结构连接端产生较大负弯矩，导致平台梁、板的破坏。

b.场地土工程性质较差，且本工程室内安放较多设备，室内宜采用刚性地面方案。

图5 独立基础受力简图

3)工程施工质量较差。

经现场凿开室内地面，原设计采用砂垫层十分松散，不能满足原设计要求。

3 事故处理方案

3.1 吊装平台加固处理

1)吊装平台基础的加固。

独立基础的加固效果是吊装平台加固成败的关键，其持力层为深厚的软弱土层，若仅仅对浅层土体进行处理，可能还会产生沉降。而主体结构由于采用桩基础，主要沉降过程已经结束，此时独立基础产生的微小沉降都是差异沉降，将会造成加固失败。因此，采用锚杆静压桩对独立基础进行托换，将荷载传至深层较好土层。

根据场地土层条件，选取②-2层粉质粘土作为桩基持力层。桩长14 m，设计单桩承载力150 kN。根据计算，在每个独立基础下布置2根桩，布置桩位如图6所示。

为了确保加固的成功，设计和施工过程中采取了以下技术措施:

a.为了减小承台(独立基础)的弯矩，在满足最小桩距的前提下，桩尽量靠近柱边。

b.经计算，压桩反力大于独立基础及吊装平台自重。为避免压桩对吊装平台产生二次破坏，施工过程中在独立基础上堆加10 t配重，并对柱子变形进行动态观测。

图6 独立基础加固简图

c.设计锚杆静压桩为摩擦桩，在荷载作用下也会产生沉降，施工中采用加压封桩手段，让桩先产生一定预变形，减少使用阶段的沉降。

2)平台梁、板的加固。

室外吊装平台采取局部梁板拆除重做的处理方法，此法较粘钢、碳纤维等加固方法简单易行，费用低廉，取得了较好的效果。

3.2 室内地面、围墙及道路的加固处理

1)凿除室内素混凝土地面，浇筑钢筋混凝土刚性地坪。通过在承台及框架柱上植筋，使地坪与主体结构连为一体，彻底解决室内地面的沉降问题。

2)将严重开裂的围墙自室外地面500 mm以上部分凿除，保留原围墙基础改做钢栅围墙减轻围墙自重，并在围墙墙墩处设置沉降缝，消除不均匀沉降带来的影响。

3)鉴于室外道路沉降比较均匀，路面仅有轻微开裂，不影响正常使用，因此对室外路面不进行加固处理，仅对室外台阶、花坛等与主体结构相连接的附属结构拆除重做。

4 结语

加固后该变电站运行良好，室内地面没有产生裂缝现象;沉降观测结果显示，吊装平台与主体结构沉降基本协调，不会引发新的不均匀沉降。

通过对本工程地基沉降事故的分析与处理，可以得到以下几点认识:

1)对于软弱地基的基础设计应慎重选型，特别是要正确处理好经济性与安全性的关系。本工程由于选用了两种不同的基础形式，造成吊装平台与主体结构之间产生不均匀沉降，影响了建筑的正常使用。

2)对于软弱场地，特别是尚未完成自重固结的填土场地，主体结构一般都做成桩基础。此时，室内地坪宜做成刚性钢筋混凝土结构，以避免地基沉降引发的事故。

3)在本文介绍的工程实例中，主体结构安全可靠，但吊装平台、室内地面、道路、围墙等设施发生破坏，这说明对附属设施的重视不够，这一教训值得工程技术人员注意。

［1］GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.