110kV北堤变电站岩土工程综合治理实例分析

莫广坚

（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆526000）

1 工程概况

110kV北堤变电站位于四会市南江工业区内，工程于2010年12月31日投运。

自变电站竣工运行开始，站址内就出现不同程度的沉降变形现象，出线构架倾斜率达1／15，最大沉降量达660mm；1＃主变母线桥因沉降造成挤压变形；配电装置楼地面下沉，墙体局部开裂；电缆沟沉降严重，底板断裂；站内道路沉降严重，严重威胁到了变电站的正常运行。

变电站场区在地貌上属于珠江三角洲冲积平原，场地土层分布主要是人工填土、现代冲洪积层和第四系冲洪积层、淤积层及白垩纪风化岩层，其中淤泥层在整个场地内广泛分布，总厚度一般＞6m。场地土层分层具体如表1所示。

表1 场地土层分层描述

2 岩土工程分析评价

（1）深厚层（9～10m）的人工回填土层的自重固结产生地面沉降。由于该土层松散并混建筑和生活垃圾，且含水量较高，固结程度低，因此在荷载作用下产生的沉降量也较大。

（2）淤泥质土在附加应力作用下产生压缩变形，造成地面沉降。附加应力主要为上覆厚层填土和建筑荷载［1］。

（3）变电站运行期间，站址北侧围墙外工业园进行了大面积填土，填土对围墙附近土体产生了侧向挤压，一定程度上也加剧了站内地基变形。

基于以上分析，按照经验公式对场地土层最终沉降量S进行估算，经验计算公式如下：

式中，S为地基最终沉降量（mm）；α为沉降经验系数；P0为基底附加压力（kPa）；Esi为第i层土层压缩模量（MPa）；Hi为土层厚度（m）。

以ZK5孔为例，计算结果如表2所示。

α取0.5，估算最终沉降量为816mm。根据现场实际测量，地面沉降量达550～660mm，按照估算的场地最终沉降量，目前场地沉降已完成70%～80%。

表2 最终沉降量估算表

自变电站出现沉降开始，即进行了沉降观测，根据观测结果，观测点位移以竖向位移为主，水平位移量很小。综合评价认为：场区地面变形以垂直沉降为主，观测点产生水平位移的主要原因是垂直沉降差造成的。

3 工程治理原则和目标

（1）对于基础沉降量大、倾斜变形严重的建（构）筑物，需控制地基基础沉降，消除引起沉降的因素，恢复设备位置至正常状态，主要包括出线构架、部分支架、配电装置楼、主变等等。

（2）对于沉降量较小、倾斜变形不太严重、尚未对运行及人身安全造成严重威胁的建（构）筑物，需控制地基基础沉降，修复或重建部分破损严重的地段，上部结构和设备修复至正常状态，主要包括大部分支架、电缆沟、站内道路等。

（3）对于沉降不明显、不影响设备正常运行、不影响正常使用功能、不危及人身安全的建（构）筑物，本期可不予修复［2］。

4 方案设计

4.1 出线构架采用杯口纠偏法

该方案在构架基础承台外侧设置钢管桩，外接部分承台，通过植筋与原基础承台连接。钢管采用 209×6无缝钢管，桩身进入风化岩深度不少于1m。采用临时固定装置稳定构架后拆除杯口浇筑的混凝土，调整构架至正常位置和标高后，重新浇筑杯口。出线构架杯口纠偏示意图如图1所示。

图1 出线构架杯口纠偏示意图

4.2 支架采用联系梁加固

设备支架高度较低，上部荷载小，沉降量相对较小，基本没有倾斜，因此支架不进行纠偏处理，只将个别沉降大、安全距离不满足要求的支架拆除后重新浇筑，其余部分不做修复。基础加固采用联系梁法，即在基础之间设置联系梁，加强基础整体稳定性［3］。

4.3 配电装置楼采用钢管桩法

拆除原室内地板和电缆沟，布置钢管桩，重做电缆沟和楼板。为保证主体结构安全，楼板受力体系与原框架结构受力体系分离。原地板下沉降塌空部分用碎石回填并压实。施工期间需停电。

4.4 水池、水泵房、警传室门口地面

按照变电站扩建总体要求，水池、水泵房需易地重建，仍采用桩基础，桩型采用灌注桩，采用 800钻（冲）孔灌注桩，桩长约30m。上部结构按原图纸施工。

4.5 站内道路

在局部凸起或凹陷等影响使用处，凿掉原地面，铺设碎石垫层约50cm并分层压实，后重新铺设砼路面。站内地坪恢复至原设计标高，可用素土回填至原设计标高，回填要求分层铺设、分层压实。

4.6 避雷针

采用垫板纠偏法。拆除避雷针，在避雷针和基础承台之间安置垫片进行纠偏，基础不做处理。

4.7 电缆沟及地下排水管网

电缆沟根据破损情况进行局部修复。对于底板断裂等破损严重的部分进行拆除重做，对于变形不很严重、地板和侧壁尚未断裂的位置，可在变形突变等接头部位，修整平顺，并局部垫高平顺电缆，防止电缆局部变形过大。对于站内的排水沟重建，沉降已破坏了大部分地下排水系统，已失去使用功能，本次拆除重做。

4.8 站址北侧围墙外边坡

修整边坡，设置挡土墙。挡土墙采用仰斜式，M7.5浆砌石砌筑，挡土墙定位根据围墙外红线范围确定，挡土墙墙脚设置排水沟。站外边坡防护示意图如图2所示。

图2 站外边坡防护示意图

5 施工及治理效果

本工程在分析评价和方案评估阶段做了大量的工作，补充进行了岩土工程勘察，组织过数次专家评审会，到完成施工图设计大约经历了一年时间，由于前期工作较细，真正的施工工期仅持续了三个月，治理后的变电站运行后状态良好，通过持续的沉降观测，各观测点沉降量未超出规范要求范围，处于收敛稳定状态，达到了预期效果。

6 结论

（1）对发生地面沉降病害的原因、机理进行科学合理的分析评价非常重要，该分析评价应包含对岩土工程条件的调查，对发生病害原理的分析，对未来病害发展的预测，以及对变电站运行的危害评估。

（2）要遵循科学合理可行的治理原则。由于建（构）筑物基础形式、结构形式等很多，各建（构）筑物的变形状况不尽一致，对变形的敏感程度不一，因此应根据不同地段、不同的建（构）筑物制定不同的治理原则。

（3）应详细编制施工方案。变电站的沉降病害治理往往需要面对场地狭窄、停电施工等等问题，施工单位和运行单位要充分考虑，制定合理的施工方案，既要保证安全生产，又不宜对变电站正常运行产生大的影响。

［1］《工程地质手册》编委会.工程地质手册［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］龚晓南.地基处理手册［M］.3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］林宗元.岩土工程勘察设计手册［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1996.