高沙土地区变电站周边土体流失情况调查研究

贲树俊 杨 巍 袁 俊 范冠宇 张建忙 张 华

(1.国网江苏省电力有限公司南通供电分公司，江苏 南通 226006； 2.江苏省地质工程勘察院，江苏 南京 211102)

0 引言

江苏地区分布有大面积的高沙土，主要位于通扬运河以南、以西，江、靖泰运河、江平路以北地区，要包括泰州、南通、扬州三市的泰兴、姜堰、如皋、海安、江都5个县(市)的部分乡镇，土地总面积3 190.23 km2，耕地面积18.75×104hm2。近年来，随着我国经济的不断发展，城市化进程加快，人们生活水平的不断提高，消费观念和消费水平也有了很大的转变与提升，电力需求不断增大，从而对电网建设提出了更高要求，促进了电力行业的发展。另外随着我国电网智能化工程的推进，城乡各地区建设智能化电网的序幕已经拉开，为相应配套设施建设的不断完善提供了广阔的发展空间。在此契机下，南通地区规划并建设了相当规模的电力配套设施。随着城市化、工业化和现代化进程的加快，基础设施在施工建设和生产运行过程中产生了大量的扰动土，破坏了原有的土层结构，使得建设项目区域内水力侵蚀现象严重，原区人为开发建设活动破坏水保设施现象日益加剧，水土流失问题日趋严重。已建的位于高沙土地区的电力设施周围出现大面积沉陷、下降，场地土流失严重。这些变电站出现的不同程度的塌陷、下沉将给变电站的安全运行带来严重的隐患。揭示变电站场地土流失及沉降机理，找出解决土体变形的方法已成为一个重要课题，对于后期高沙土地区基础设施的建设具有重大理论意义和实用价值。

1 变电站地质条件

野树变电站原名如皋220 kV邹庄变电站，位于如皋市下原镇野树社区9组，为一般电力设施。变电站场地内建有生产综合楼、变电运维班用房以及消防水池等建筑物，均采用天然地基，无地下室，基础埋深2.0 m左右。根据勘察发现，该变电站场地内已发生塌陷和地面沉降，主要位于下水道附近。

表1 各岩土层综合特征表

场地揭示土层主要由粉(砂)土组成，水文地质条件简单，粉(砂)土层为含水层(弱～中等透水层)。根据地下水的赋存条件、水理性质，地下水类型主要为潜水，主要赋存在粉(砂)土层中，补给来源为大气降水、农田灌溉水和地表人工排水，排泄方式以蒸发为主，径流主要为侧向径流，水量动态变化相对较大，受季节性影响，雨季水位有所抬升，地下水位年变化幅度约为1.50 m～2.00 m。

根据已有资料可知，该变电站场地地貌类型属长江下游冲积平原区高沙平原，设计基础深度以及实际勘探资料分析表明，变电站基础主要位于耕植土下部的粉土层中，因此该层粉土是此次研究的重点。

2 试验布设

为了了解变电站周边土体的力学性质差异，在变电站周边进行了相关调查工作的部署，主要包括：槽型钻、静力触探、轻型动力触探(N10)以及渗水试验，其中勘探点1，2，3位于变电站外部，大多位于农田，勘探点4，5位于变电站内部，主要是布设于地面沉降及塌陷发生区，集中在下水道附近。工作部署图如图1所示。

2.1 槽型钻

对于地表松散层4 m以浅地质调查采用槽型取样钻技术，通过人力将槽型钻头敲入地表松散层中，再旋转，提钻，取样。对于所取土样进行详细编录，记录浅表岩土组合特性及沉积构造等，同时配套记录地质点周边地貌及水文条件等方面的信息，并确定钻孔所在处的地下水位，为进行水文地质相关分析提供基础资料。对于所取土样编录描述完成后，全部保存带回实验室，利用所取土样进行该段土样的颗粒分析研究，了解岩土体颗粒含量的垂向变化特征。

通过槽型钻可以知道，野树变电站处的水位埋深为2.4 m，地表0.3 m以上为耕植土，下部2.2 m深范围内为粉土。

2.2 静力触探

静力触探试验适用于软土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。通过记录贯入阻力的变化情况，了解地层的工程性质。

图2中1,2,3三条曲线为位于变电站外部不同方位的静力触探曲线，4曲线为变电站内塌陷区附近的静力触探曲线。通过静力触探曲线对比图可以看出：侧壁阻力与锥尖阻力随深度变化曲线趋势一致，位于变电站外部农田中的静力触探曲线趋势一致，均表现为随深度增大。相比于位于变电站外部的三条静力触探曲线，位于内部塌陷区附近的静力触探曲线值在0.52 m～4.0 m范围内明显较小，表层局部较大。

2.3 轻型动力触探(N10)

主要用于测试并提供浅基础的地基承载力参数以及检验建筑物地基的夯实程度。针对塌陷发生区与未发生区分别进行试验测定其贯入击数，确定夯实程度，为后期分析提供依据。

图3中1，2，3三条曲线为位于变电站外部不同方位的轻型动力触探(N10)击数随深度变化曲线，4曲线为变电站内塌陷区附近的轻型动力触探(N10)击数随深度变化曲线。通过轻型动力触探(N10)击数对比图可以看出：位于变电站外部农田中的静力触探曲线趋势基本一致。相比于位于变电站外部的三条轻型动力触探(N10)击数变化曲线，位于内部塌陷区附近的轻型动力触探(N10)击数变化曲线值在0.7 m～1.7 m范围内明显较小，0.0 m～0.7 m局部偏大，整体具有先增大后减小的规律。

2.4 渗水试验

渗水试验主要是为了在野外现场测定岩层的渗透系数，有助于了解与渗透相关的参数的特征。本次试验主要采用单环法进行。

图4中1,2,3三条曲线为位于变电站外部不同方位的渗透速度历时曲线，4,5曲线为变电站内塌陷区附近的渗透速度历时曲线。通过渗透速度历时曲线对比图可以看出：位于变电站外部农田中的渗透速度历时曲线变化趋势基本一致，其所求解出来的渗透系数较小。相比于位于变电站外部的三条渗透速度历时曲线，位于内部塌陷区附近的4点渗透速度历时曲线所求解得出的渗透系数明显较大；5点渗透速度与其余3点相差不大，主要是因为处于房屋地基及路边处，夯实作用较为明显。

2.5 颗粒分析

采用密度计法对槽型钻调查所取土样进行分析测定，其结果如图5所示。

从图5可以看出，不管是在哪个取样深度，位于变电站内部的4点所测得的颗粒含量百分比在粉粒范围内均比位于变电站外部的1,2,3点数值低；另外位于变电站内部的4点数 值在粉粒范围内相对于外部的点在不同深度起伏变化。

3 结果分析

根据静力触探结果进行分析，推测出现上述情况的原因：

1)回填夯实度不够，未达到设计指标；

2)回填土为杂填土，回填不均匀，明显可见局部夹有大块砖石；

3)在水流作用下局部土体内细颗粒流失导致密实度降低。

根据轻型动力触探结果分析，推测出现上述情况的原因：

1)回填不均匀，填土为杂填土，局部夹有大块砖石，且表层回填土中夹有碎石垫层；

2)回填密实度不够，未达到设计指标；

3)在水流作用下局部土体内细颗粒流失导致密实度降低。

根据渗水试验结果分析，推测出现上述情况的原因：

1)回填不均匀；

2)在水流作用下局部土体内细颗粒流失导致密实度降低。

根据颗粒分析结果，推测出现上述情况的原因：主要可能与该点处的回填密实度有关。

综上分析可知，变电站场地内部出现塌陷和地面沉降的原因主要是回填不均匀导致的。不均匀的土体颗粒在较大的水头压力下沿着大块砖石架空出现的空隙移动，导致地面塌陷和沉降。

4 结语

通过对变电站场地周边土体的物理力学性质进行调查，发现变电站场地内外土体之间存在较大差异，主要是场地内部回填扰动导致土体不均匀，在水力作用下引发塌陷和地面沉降。调查结果从机理上展示了灾害发生的原因，为后期高沙土地区同类变电站基础设施建设提供技术指导和理论依据。