关于湿陷性黄土地区变电站场内塌陷问题分析

彭朝辉

摘 要： 变电站是电力系统中最重要的电力设施，变电站的正常运行影响着整个电网的安全稳定运行。但是由于变电站的场地受限，面临着各种地质问题，本文从一起变电站场内塌陷问题来分析湿陷性黄土地区建筑物处理措施。

关键词： 塌陷;湿陷性黄土;地基处理

【中图分类号】TU472     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0170-01

某变电站控制室外侧出现不规则塌陷，局部严重处甚至发生断裂。经对下陷区域大面积开挖后发现，控制室底板下方出现空洞。造成地面湿陷原因：本建筑场地地质为III级自重湿陷性黄土，湿陷处附近的雨水检查井与雨水管道接口处发生竖向断裂，检查井内雨水在降雨时期大量漏渗，故造成该区域地面整体下陷。

1 湿陷性黄土概念及对建筑物的危害

湿陷性黄土是指在一定压力作用下或受水浸湿，其结构会迅速破坏而发生显著附加沉陷，可引起道路竖向发生不均匀沉降，拉裂（断）室外管道，更严重者导致建筑物破坏，因此客观评价黄土的湿陷性是湿陷性黄土区工程勘察的主要任务之一。湿陷性黄土分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷黄土。自重湿陷性黄土是指在上覆土的自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土，当自重湿陷系数小于0.015时，定为非自重湿陷性黄土;自重湿陷系数大于等于0.015时，应定为自重湿陷性黄土，湿陷等级划分：非自重湿陷性（I级、II级）;自重湿陷性（II级、III级、IV级）。

2 造成黄土湿陷原因

造成黄土湿陷的原因主要有三种：（1）黄土的力学性质从内部改变了黄土在浸水及外部荷载因素下，使剪应力超过抗剪强度，从而发生湿陷。（2）土质里面受水浸润，土壤自身摩擦力降低，外力作用导致湿陷。（3）黄土内部结构发生崩解，使黄土颗粒间胶结强度弱化，颗粒间相对迁移，并伴随小颗粒进入大间隙。同时由于颗粒间胶结被水溶解，在外部扰动作用下强度已不堪平衡，造成土质结构损坏。

3 造成变电站场内塌陷原因

根据上述黄土湿陷原因，可大致推断出引起地面不规则沉降或塌陷的主要因素：一是湿陷性黄土;二是水（即降雨和管道漏水）。

常见原因：（1）建设单位未意识到地质特殊性，或为节约成本，按常规施工要求操作。（2）设计不合理。设计单位未按湿陷性黄土地区相关规范进行设计。（3）施工不到位。施工单位未严格按照设计要求进行施工处理或施工过程中偷工减料等状况，如采用夯实法处理饱和度不大的湿陷性黄土地基时，压实系数未达到要求;地基处理深度过浅;回填土使用原状土代替灰土等。（4）其他因素。包括气候因素，如罕见暴雨现象;外部因素，如道路荷载超标;人为因素，如人为破坏等。

4 常用处理措施

针对湿陷性黄土的处理措施主要是从两个方面：第一个方面是对地基进行处理;第二个方面是针对水的控制。

针对湿陷性黄土的处理措施主要有：垫层法;夯实法;桩基础;挤密桩法;化学固定法。

（1）垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，减小地基的压缩变形，提高地基承载力，可将其分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下1-3m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部或整片土垫层进行处理;当同时要求提高垫层土的承载力或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。

（2）夯实法适用于处理饱和度不大的湿陷性黄土地基。一般采用重锤，适当的落距，可达到消除基底以下1.2-1.8m黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内，土的物理、力学性质获得显著改善，平均干密度明显增大，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。非自重湿陷性黄土地基，其湿陷起始压力较大，当用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形，采用重锤夯实的优点得以体现。强夯法加固地基机理一般认为，是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其目的是使地基紧密度、强度提高，整体承载力得到加强。

（3）桩基础是将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土（或岩）层，采用挖、钻孔等非挤土方法而成的桩。在成孔过程中将土排出孔外，桩孔周围土的性质并无改善。但设置在湿陷性黄土场地上的桩基础，桩周土受水浸湿后，桩侧阻力大幅度减小甚至消失，当桩周土产生自重湿陷时，桩侧的正摩阻力迅速转化为负摩阻力。因此在湿陷性黄土场地上，不允许采用摩擦型桩，设计桩基础除桩身强度必须满足要求外，還应根据场地工程地质条件，采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩，其桩底端以下的受力层：在非自重湿陷性黄土场地，必须是压缩性较低的非湿陷性土（岩）层;在自重湿陷性黄土场地，必须是可靠的持力层。这样当桩周土受水浸湿，桩侧的正摩阻力一旦转化为负摩阻力时，便可由端承型桩的下部非湿陷性土（岩）层所承受，并可满足设计要求，以保证建筑物的安全与正常使用。

（4）挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，处理深度可达5～10m。施工时先按设计方案在基础平面位置布置桩孔，利用锤击打入或振动沉管的方法在土中形成桩孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而彻底改变土层的湿陷性质并提高其承载力。值得注意的是，不得用粗颗粒的砂、石或其它透水性材料填入桩孔内。

（5）化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法。硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程，一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土孔隙中，另一方面溶液与土的相互凝结，土起着凝结剂的作用。

针对水的控制（包括给排水管道内的水及大气降雨）：

（1）完善室外场地排水系统。合理利用室外场地竖向，通过地表径流与地下雨水管道系统的有组织排水系统相结合，快速、顺畅的排除场内雨水，避免场地内大量积水造成的地面沉降或建筑基础塌陷。

（2）室外给、排水管道工程建设的安全性及合理性。包括：室外给排水管道材料选择的合理性，室外管沟设置的必要性;室外给排水构筑物的合理性。

5 结语

综上可知，湿陷性黄土对工程建设项目的影响重大，目前，已知的处理湿陷性黄土所采用的方法施工难度大、经济成本高、整体效果不显著，严重影响着人们的生命安全和生活品质。如何更加完善相关处理措施需要更多从业人员的经验总结，希望今后在更多新技术，新经验的帮助下，湿陷性黄土的工程难题得以有效解决。

参考文献

[1] 何恩家，马明宇，李益宁，李宁波，沈勇.土层增湿法与夯扩挤密法在湿陷性黄土地基处理中的综合应用[J].青海电力.2016（03）.

[2] 朱彦鹏，李亚胜，李京榜，张艺鑫.挤密桩法处理自重湿陷性黄土地基的试验[J].兰州理工大学学报.2019（06）.