林金星

1 工程概況

該變電所主要由一座2層高的主控樓、3個(gè)各100 t重的主變壓器和110 kV的屋外配電裝置及主電纜溝等組成，其中主控制樓和主變壓器基礎(chǔ)采用靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁基持力層為全風(fēng)化花崗閃長巖，上部主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有構(gòu)建物自2007年7月竣工以來，場地地面均出現(xiàn)了不同程度的沉降、水平位移，對變電站的使用造成了一定的影響。

場地土層物理、力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

變電所場地所處地貌為山前沖淤積平原。南靠山丘，其余三面為寬闊的平原。場地微地貌類型為海積階地，處于濱海軟土地區(qū)的傍山地帶，場地土由第四系更新統(tǒng)～全新統(tǒng)海積與沖積層組成，地層層位略欠穩(wěn)定，巖面起伏較大。場地勘探揭露土層自上而下主要為:粉質(zhì)粘土、淤泥、全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

2 建(構(gòu))筑物及場地地面沉降情況

自2008年4月下旬至2008年7月中旬，對該場地進(jìn)行了沉降觀測、土體深部水平位移觀測，共觀測6次，觀測頻率約2周1次，觀測歷時(shí)約80 d。

根據(jù)觀測結(jié)果，場地沉降情況:場地西側(cè)、北側(cè)、東側(cè)三面沉降量較大，最大沉降量約18 mm，最大平均沉降速率約為0.225 mm;場地靠近南側(cè)(傍山側(cè))沉降量較小，沉降量一般在5 mm以內(nèi)，平均沉降速率約為0.0625 mm。

場地地基土深部水平位移:

場地西側(cè)、北側(cè)、東側(cè)三面土體深部水平位移較大，水平位移約在0 mm～15 mm范圍內(nèi)，最大位移深度一般在0 m～5.0 m范圍，最大平均沉降速率約為0.1875 mm。

3 變形原因分析

場地變形主要為填土層及淤泥層的沉降。因此引起場地變形的原因主要為淤泥層的固結(jié)沉降、填土層的沉降。

3.1 淤泥層固結(jié)沉降

該場地淤泥分布較不均勻，厚度相差較大。淤泥平均含水量為57.9%，平均孔隙比為1.557，該淤泥層抗剪強(qiáng)度較低，觸變性強(qiáng)，壓縮性較高，工程性能較差。

土體的壓縮變形需要一個(gè)過程，由于淤泥滲透系數(shù)都很低(屬不透水層)，固結(jié)沉降過程漫長，厚度較大時(shí)固結(jié)過程需要幾十年之久。淤泥的固結(jié)沉降不僅與應(yīng)力、時(shí)間有關(guān)，還與淤泥層上下土層的排水等條件有關(guān)。

淤泥的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的固結(jié)沉降量計(jì)算一般先采用分層總和法計(jì)算出淤泥層的沉降量，再計(jì)算出該時(shí)間點(diǎn)完成的固結(jié)度，進(jìn)而可以求得該時(shí)間點(diǎn)的固結(jié)沉降量。

分層總和法計(jì)算公式:

其中，s為淤泥質(zhì)土層壓縮量，mm;n為地基壓縮層范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);p0為填土(石)荷載，kPa;Esi為第i層土的壓縮模量，MPa;zi，zi－1分別為地面至第 i層和第 i－1層底面的距離，m;αi，αi－1為地面計(jì)算點(diǎn)至第i層和第i－1層底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù);ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

固結(jié)度計(jì)算公式如下:

其中，Tv為對應(yīng)于固結(jié)度的時(shí)間因數(shù);t為固結(jié)的時(shí)間，s;H為淤泥土層的厚度;Cv為淤泥的固結(jié)系數(shù)。

根據(jù)該場地情況，淤泥層固結(jié)度計(jì)算時(shí)，按單面排水考慮，根據(jù)初步估算，淤泥層總沉降量約為1000 mm(淤泥厚度按平均厚度12 m考慮)，目前完成的平均固結(jié)度約為40%。該層淤泥在上部新近填土及地面荷載作用下完成的平均沉降量約為400 mm，后期沉降量還很大。

3.2 填土層填筑期間及填筑后的沉降

由于填土為新近填土，尚未完成自重固結(jié)沉降。填土在填筑過程中在土方車及碾壓機(jī)械的碾壓過程中已完成了很大一部分沉降，該沉降量主要是因土顆粒間的縫隙、孔隙縮小等原因產(chǎn)生。但由于填土級配較差，即使經(jīng)過碾壓，也難免存在縫隙、孔隙。一般認(rèn)為經(jīng)過分層碾壓的填土，可以完成70%～90%的沉降量(主要由填土密實(shí)度決定)。填土碾壓完成后1年～2年內(nèi)還會產(chǎn)生一定的工后沉降。該場地填土層厚度按5.0 m(勘察后場地又填筑到了設(shè)計(jì)標(biāo)高)考慮，后期估計(jì)還會有幾厘米的工后沉降量。

3.3 填土層在地下水作用下的沉降

填土層除了在自重固結(jié)作用下會產(chǎn)生沉降外，在地下水作用下也會產(chǎn)生一定的沉降量。微觀上，土體是具有一定結(jié)構(gòu)的，粘性土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，在水的作用下土顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度會降低，絮狀結(jié)構(gòu)會破壞并變?yōu)槠叫械闹厮芙Y(jié)構(gòu)，增大了土層的壓縮性，土層會產(chǎn)生濕陷。場地填土層在大氣降水等產(chǎn)生的地下水作用下就會產(chǎn)生一定的沉降量。但填土層在經(jīng)過幾次的濕陷后，濕陷沉降量就基本完成了。

4 加固措施

由于場地存在深厚淤泥及新近回填土，且淤泥厚度極不均勻，地面工后沉降及不均勻沉降較大，根據(jù)該場地的工程地質(zhì)、原設(shè)計(jì)資料及使用現(xiàn)狀等條件，110 kV屋外配電裝置(支架)、主變母線橋和主控制樓室內(nèi)擬采用鋼管樁進(jìn)行加固，并在樁頂設(shè)置梁、板體系形成整體，防止場地建(構(gòu))筑物的工后沉降進(jìn)一步發(fā)展，減少不均勻沉降，確保站內(nèi)已有電力設(shè)備的正常使用。

鋼管樁采用預(yù)鉆孔法施工，即先采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔至設(shè)計(jì)深度，然后分節(jié)壓入鋼管樁，主控樓室內(nèi)每節(jié)長度為2 m，其他為3 m。鋼管采用φ219×6和φ325×8焊接鋼管，接頭采用鋼套管圍焊，焊縫高度hf=6 mm。鋼管(除樁端5000外)外管壁應(yīng)除銹，涂潤滑油一道，并外包一層土工膜，以降低樁身負(fù)摩阻力。沿鋼管樁樁身每隔2 m～3 m采用鐵絲將土工膜綁扎固定，防止壓樁過程中土工膜受損。鋼管樁壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在鋼管內(nèi)倒入C20細(xì)石混凝土，加入適量微膨脹劑。鋼管樁加固大樣見圖1。

施工過程中對場地進(jìn)行了觀測，根據(jù)觀測結(jié)果，施工過程中場地最大沉降量為5 mm，平均沉降量為3.2 mm;深部水平位移最大位移為4.8 mm(典型位移曲線圖見圖2，圖3)。

5 結(jié)語

經(jīng)過對場地的沉降原因分析，認(rèn)為場地地基土產(chǎn)生變形的原因主要為:

1)場地土層較復(fù)雜，淤泥厚度變化較大，全風(fēng)化巖面坡度太大，造成場地不均勻沉降。

2)淤泥層的固結(jié)沉降是場地沉降的主要原因，該場地淤泥層屬于高壓縮性土層，工程性質(zhì)較差，具有沉降量大，固結(jié)時(shí)間長，地基處理較困難等特點(diǎn)。

3)填土層在填筑過程中已經(jīng)完成了大部分沉降，但不可避免的存在一定的工后沉降量。

4)該粘性土填土層在地下水的作用下，也會產(chǎn)生一定的濕陷沉降，但認(rèn)為目前濕陷沉降已基本完成。

經(jīng)過對場地變形原因的合理分析，結(jié)合場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，綜合考慮變電站構(gòu)筑物的特點(diǎn)，最后采用了鋼管樁進(jìn)行加固，最終解決了場地的變形問題。加固后變電站使用過程中未出現(xiàn)明顯的沉降、不均勻沉降。說明本次加固項(xiàng)目，變形原因的分析是合理、正確的，采用的加固方法也是技術(shù)上可行、合理的。

[1]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]林宗元.巖土工程治理守則[M].沈陽:遼寧科技出版社，1993.

[3]魏汝龍.軟粘土的強(qiáng)度和變形[M].北京:人民交通出版社，2010.

[4]常士驃.工程地質(zhì)手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.