变电站回填施工与不均匀沉降关系研究

金龙飞，金涌川，王 汀，鲁旭臣，马成久

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006； 2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所[1]，具有变换电压、调控电流方向、分配电流、调整电压的作用，是不同等级电网紧密连接的重要环节[2]。从技术层面角度来看，变电站建设不属于单一性工程项目，所需要考虑的因素较为复杂，变电站土方回填质量的好坏直接影响着变电站的安全，尤其是建设时必须综合考虑其沉降程度，确保其建设地基始终处于稳定状态[3]，极大延长了变电工程的使用寿命及运行状态。

回填施工的隐蔽性极强，施工单位的施工质量与施工工艺并非完全一致，同时，设备基础沉降变化是一个较长的过程，需要定期观测[4]。虽然变电站内构筑物的整体荷载不大，但构筑物对沉降、不均匀沉降极为敏感，所以需严格控制回填施工的质量[5]。

1 工程实例

东北某变电站新建工程，站区围墙东西宽101.5 m，南北长190 m，围墙中线占地面积约为19 285 m2，由于回填工程不合规，造成回填土整体不均匀沉降，进而引发回填场地地表建筑变形等工程质量问题，并且存在回填试验方法及流程不符合标准要求现象。在《土工试验报告》检查中发现，首先施工单位未提供220 kV场区、66 kV场区母联间隔HGIS等基坑回填土试验报告，整站只提供66 kV场区构架基础(9轴交C轴)一点回填土试验报告。但是在另一个《土工试验报告》检查中，发现66 kV场区构架基础(9轴交C轴)回填土试验报告cd-tg-2019-0001至cd-tg-2019-0006，6层回填土试验报告委托试验日期均为2019年11月9日，试验报告出具日期均为2019年11月10日，但回填土取样标高已从-3.25 m(见图1)回填至-2.00 m(见图2)，6层回填土的分层回填及取样时间与实际不符，且存在严重违规施工与试验流程不符合标准要求的现象。

图1 66 kV场区构架基础回填土试验报告1

图2 66 kV场区构架基础回填土试验报告2

2 土方回填施工技术

2.1 基底处理

在基底处理施工过程中，应当采取措施防止地表水流入填方区，浸泡地基造成地基下陷，并排除坑穴中的淤泥、积水、种植土，清除基底上的有机物、杂物、垃圾等，将基底充分夯实和碾压密实。当填土场地地面陡于1∶5时，可将斜坡挖成阶梯型。阶高不大于1 m，台阶高宽比为1∶2，然后分层填土防止滑动。

2.2 土料及含水率控制

黏土或排水不良的砂土作为回填土料的，其最优含水量与相应的最大干容重，宜通过击实试验测定或通过计算确定。黏土的施工含水量与最优含水量之差可控制为-4%～+2%，使用振动辗时，可控制为-6%～+2%。砂土最优含水率为8%～12%、粉质黏土最优含水率为19%～23%、粉土最优含水率为16%～22%。含水率控制范围以外的土料应采取针对性的技术措施。

2.3 土方压实

轮(夯)迹应相互搭接，机械压实应控制行驶速度，在建筑物转角、空间狭小等机械压实不能作业的区域，可采用人工压实的方法。回填面积较大的区域，应采取分层、分块(段)回填压实的方法，各块(段)交界面应设置成斜坡形，辗迹应重叠0.5～1.0 m，填土施工时的分层厚度及压实遍数应符合表1规定，上、下层交界面应错开，错开距离不应小于1 m[6]。

表1 碾压机具与厚度、次数关系

3 沉降观测技术要求

3.1 沉降观测目的

对构筑物进行变形观测，能及时正确地反映变电站建筑地基、基础在静荷载或动荷载及环境等因素影响下的变形情况或变形趋势。既能及时掌握构筑物基础承载情况，又能掌握构筑物沉降值，可预防因不均匀沉降造成构筑物出现开裂甚至倒塌。在发生异常现象时，可在早期预警，通过分析从而实施相应对策，以保证安全[7]。

3.2 观测仪器

沉降观测采用型号DS05水准仪，等级不应低于二等。使用的仪器均定期到检定机构进行检定，各项指标均满足技术规范要求。

3.3 观测周期

结合设计单位对地基土类型和沉降速率大小确定的时间和频率，判定是否满足要求；整个施工期观测，基础完成1次，设备安装完成1次，施工期间隔3个月观测1次，原则上不少于3次[8]，100天的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d时[9]，可视为基础沉降达到稳定状态。每次沉降观测结束，应立即整合观测后的数据，分析观测成果是否符合要求。

3.4 沉降观测方法

由设计单位土建、水工专业在各自施工图册上设定建筑物各沉降观测点的位置、数量、埋设高度，施工单位在施工时按要求埋设。以基准点BM1为起算点，并假定高程值为10 m，组成单一闭合水准路线。水准路线经过大部分测点，其余测点采用间视。水准测量采用二等水准观测，每次采用同一仪器，由同一观测人员沿相同的路线进行观测。

图3 土方回填施工技术流程

3.5 基准网的建立

竖向位移基准网，采用几何水准法，布设成1条闭合水准路线，使用电子水准仪和条码尺按二等水准测量技术要求施测，经平差处理后计算得到各基准点的高程，作为沉降观测基准。

为防止竖向位移基准点因外界原因发生破坏或变形，导致监测数值出现错误，每次沉降观测均先对竖向位移基准点进行复测，保证监测数据准确性。

3.6 数据格式及图表

变形观测点位成果表以附件形式附在报告后，每个点位成果列表均按照时间顺序排列。沉降量的统计是按照各个时期观测点位之间的高差来累加计算，而位移量的统计是按照各个时期观测点位之间的位移量之差进行累加统计。

沉降观测点位成果图以附件形式附在报告后，观测点的下沉曲线见图4，以横坐标表示时间，纵坐标分上下两部分，上部分为建筑荷载曲线，下部分为各观测点的下沉曲线。每个建筑上的观测点绘制最大沉降量、最小沉降量、平均沉降量曲线图。

4 事故原因分析及预防措施

4.1 原因分析

导致本次大规模不均匀沉降事故发生的直接原因是在最初土方回填过程中施工单位未能按照相关规范标准施工，每层铺设厚度不合规、压实机具选择不正确，由于铺设厚度超标导致试验检测压实系数也不能准确反映现场实际情况，虽然铺设结束后增加了沉降观测的频率及点位数量，并且报告显示短期内沉降速率已完全达标，但从常规变电工程的使用寿命角度考虑，其后期仍存在极大的安全隐患。

4.2 预防措施

回填阶段需要注意的问题很多，回填材料的选用标准是其中十分重要的问题之一。通常回填工程中回填阶段采用的方式是换料回填，并不是简单的将开挖阶段挖掘出的土壤进行简单处理后进行回填，回填所用的土壤具有较高的标准，不能存在淤泥、腐蚀的土壤、一些埋在地下的垃圾和经过时间累积所产生的一些有机物质，这些材料如果混合在回填土壤内，对于质量会产生较大的影响，因为这些腐蚀的泥土以及淤泥的存在会导致符合标准的正常土壤腐蚀或被破坏的速度加快，进而造成连锁反应，产生十分严重的后果。

(a)

(b)

(c)图4 观测点的下沉曲线图

除了回填用料的选择，对于沟槽的处理也有一定的要求，由于挖掘回填工程的工程量较大，通常持续时间较长，会导致沟槽内部存在较多的杂物，如果赶上较大规模的持续降雨，尽管存在排水系统但沟槽内部还是会存在一定的积水，在进行回填之前要将这些杂物例如砖块、石块、树枝、树叶等完全清除，特别是一些植物的枝叶比较容易被忽视，但这些植物枝叶对回填工程质量的影响是很大的，植物枝叶在地下经过一段时间会分解，产生一些有机物，一段时间后会对土壤产生一定的腐蚀，与植物的枝叶类似，如果没有将沉积的积水排出就进行回填，水中的一些微生物也会产生类似的影响，加速土壤的腐蚀和老化。

一般情况下回填阶段采用的回填方式是分层回填，分层回填时每层的厚度应在30 cm之内。采用砂和砂石地基的材料应符合规定：宜采用颗粒级配良好的砂石，砂石的最大粒径不宜大于50 mm，含泥量不应大于5%；采用细砂时应掺入碎石或卵石，掺入量应符合设计要求。

5 结束语

本文结合东北某220 kV新建变电工程的实际案例，围绕着连锁发生的不均匀沉降以及重新回填仍未参照规范施工，介绍了回填工程与沉降观测重要控制节点，通过全文的分析，类似工程在开工前应重点关注土方回填的施工质量，回填土试验应分层进行，每层压实系数符合设计要求后，方可铺填上层土。需重点关注《隐蔽工程验收记录》《沉降量过程曲线》《土工试验报告》等相关材料，并且仍需对基坑和室内土方回填，标高、边坡坡度、压实度、场地平整度等信息反复确认。做到压实系数检测达标后，方可继续铺设上一层土方。