濕陷性黃土場地某變電站內設備糾傾加固技術研究應用

王海明 張翼

摘 要：針對濕陷性黃土場地某750kV變電站內設備不均勻沉降事故，結合該設備基礎形式以及地質條件，提出了濕陷性黃土場地防止建（構）筑物不均勻沉降的幾點建議，介紹了一種加樁擴大承臺的糾傾加固的方法，其原理是把上部結構的荷載通過加大承臺，傳遞到新增加的樁身之上，替換掉原有承載樁基，對傾斜設備進行糾傾、加固，提高電網的安全穩定運行水平，防患于未然。通過工程實踐證明：該方法糾傾加固效果良好、施工風險小且施工期間對設備正常運行影響較小，對類似工程具有較好的借鑒意義。

關鍵詞：變電站;不均勻沉降;糾傾加固

中圖分類號：TU43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0104-03

0 引言

中國黃土總面積達64×104km2，主要分布在陜西、山西、甘肅大部分地區以及河南西部，其中濕陷性黃土約占黃土總面積的60%[1]。作為一種特殊土，黃土濕陷性的本質是原狀黃土微結構在水和外力作用下失穩，結構強度降低至剩余強度再穩定的過程[2-3]，對工程建筑物有百害而無一利。作為黃土分布最廣泛的省份之一，甘肅省黃土分布面積約為12×104km2，近年來隨著電力行業的迅速發展，大量的電力設施在黃土場地拔地而起，由于濕陷性引起的下沉或不均勻沉降導致的危及生產安全、人身安全的事故不乏其例[4-5]。本文依托甘肅某750kV變電站內設備不均勻沉降事故，通過分析事故發生的原因，介紹了一種加樁擴大承臺的糾傾加固的方法，提出了濕陷性黃土場地防止建（構）筑物不均勻沉降的幾點建議，可供類似工程參考使用。

1 工程實例介紹

1.1 工程概況

甘肅省某750kV變電站于2010年投產至今，現場運維人員于2018年8月發現站內3#電抗器A相避雷器發生明顯傾斜（如圖1所示），公司運檢部委托我院對3相進行傾斜和沉降測量，發現A相避雷器傾斜率達5.6%，避雷器頂端最大偏移量為0.73m，下沉0.045m;B、C相無水平偏移，B相下沉0.01m，C相未下沉。對于一般建（構）筑而言，建筑物上部質量中心往往會與基礎反力中心盡量保持在同一鉛錘線上，以減小偏心效應帶來的不良危害，但是當由于地基承載力不足等原因造成基礎不均勻沉降時，無疑會導致上部建（構）筑物的傾斜而使上部荷載產生新的偏心距增量，從而產生新的力矩增量，這又反過來增大建（構）筑物的傾斜[6]，對于避雷器這種長細結構，現象表現的更為明顯。為了防止事故進一步發展，影響設備安全運行，對A相避雷器采取打臨時拉線措施進行牽拉固定，如圖2所示。

根據現場觀察站內A、B、C相間，避雷器與隔離開關之間的場坪發生凹陷，最為嚴重的區域為A、B相間，B相避雷器周邊發生凹陷，見圖3、圖4所示;同時電抗器油池周邊的混凝土散水下沉、開裂。

1.2 站區巖土工程條件

本站址位于大川溝南側沖洪積扇與溝道的交匯地帶，地勢開闊，地形起伏較大。依據地質勘查報告，該站址地層結構較為復雜，濕陷性土層厚度變化較大，場地濕陷類型為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ～Ⅲ級（嚴重），濕陷下限為④層角礫或⑤層粗砂巖的層頂。場地的地層及特征見表1。

站址各層地基土的承載力見表2。

1.3 產生沉降與不均勻沉降原因分析

通過對A相避雷器結構形式、地質條件、周邊環境綜合分析發現，造成目前較大的沉降及較嚴重的不均勻沉降的現狀與趨勢，其原因主要有以下幾個方面：

（1）原避雷器基礎為樁—承臺基礎，由檢測單位對樁承載力和完整性進行檢測，發現樁進入持力層深度未達到設計要求，端承樁實際變為摩擦樁，承載力不滿足要求。（2）現有750kV配電裝置區3號電抗器間隔場坪沒有明顯的排水坡度，雨水無法有效排出，積聚導致此區域內濕陷性地基土不均勻下沉，帶動整個樁基承臺出現傾斜，設備支架及設備的傾斜只是樁基承臺傾斜的放大表現。（3）電抗器油池周邊的混凝土散水下沉、開裂，油池壁與散水脫開現象嚴重，影響油池周邊的排水坡度，使得雨水滲漏，加劇黃土濕陷的程度。（4）由于黃土濕陷，導致樁身周邊產生負摩阻力，加劇了基礎的不均勻沉降。

1.4 糾傾加固方案

由于該變電站現場帶電運行，大型機械設備無法進場，且可爭取到停電時間極短，經過方案論證，采用加樁擴大承臺方法來進行加固糾傾。其原理是是把上部結構的荷載通過加大承臺，傳遞到新增加的樁身之上，替換掉原有承載樁基，對傾斜設備進行糾傾、加固，以滿足設備安全運行的要求。基礎改建平面布置圖見圖5所示。

具體施工方法為：

（1）現有周邊打拉線牽拉A相避雷器支架的情況下，在原有承臺東西兩側設置兩根直徑800×1200mm的人工成孔灌注樁，樁長由現場確定，保證樁端進入持力層（④角礫或⑤粗砂巖層）不小于1.2m。（2）基坑開挖至基底，將承臺上回填土清理干凈;在原有承臺頂植筋，作為加大杯口短柱的配筋，沿杯口短柱一周;同時在原有承臺東西側面植筋，植筋示意圖見圖6所示。（3）當植筋養護固化，檢驗合格后澆筑人工樁頂承臺;配置短柱箍筋，澆筑杯口短柱混凝土。（4）承臺及杯口短柱表面涂刷環氧瀝青或聚氨酯瀝青涂層，厚度≥300um。（5）施工完畢后場地土回填，壓實系數≥0.96。（6）停電時，拆除避雷器，利用吊車將避雷器整體吊離支架柱，此過程應有電氣人員配合土建施工。（7）鑿開支架柱周邊的杯口混凝土，利用吊車將支架柱吊出杯口。（8）清理杯口內混凝土殘渣，濕潤后在杯口底鋪C35細石混凝土找平層。（9）安裝支架柱及澆筑支架柱和杯口壁之間的C35細石混凝土。（10）待杯口混凝土硬化后安裝避雷器及恢復設備頂接線，恢復供電。支架柱和杯口壁之間的C35細石混凝土澆筑后一個月內保留原有的4根打拉線均勻受力。

該方法施工風險較小，避免對原有承臺進行二次影響且施工期間對設備正常運行影響較小。僅在步驟（6）～（10）中借助吊車施工時需要停電48小時。

1.5 場坪處理及電抗器油池周邊散水修復

為了防止場地繼續濕陷，對場坪及電抗器油池周邊散水進行修復，經了解，3#電抗器間隔場地表層在2014年已經經過三合土處理，因此，本次僅處理場地表層凹陷部分，仍然采用三合土封閉層，下部場地土夯實。考慮原場地土中含有水泥和石灰，而且有腐蝕性，無法與石灰拌合，因此三合土中的土為附近山包上的土，石灰為成品石灰，水泥為成品普通硅酸鹽水泥。

表面凹陷的檢修道路及方磚拆除重建，檢修道路在適當部位留出過水渡槽，檢修道路及方磚地坪的封閉層下設0.3m厚卵石層用于抗凍脹。

拆除并重建電抗器周邊及電纜溝邊散水，破除高抗油坑周邊混凝土散水，分層夯實后，重新施工散水，并做好場地排水坡度。高抗油坑與散水間縫隙應選用質量、耐久性都較好的防水材料嵌填密實。散水做法（從上至下）：采用0.1厚C25混凝土，下做三合土墊層，厚0.25m，再做0.3m厚卵石層，基礎下原土夯實。增設集水井兩個，集水井位置及排水坡度宜根據現場施工條件確定，確保排水順暢，不積水。

1.6 糾傾加固成果

項目施工完成后對其進行持續觀測，發現3個月的沉降增加值未超過1mm，表明沉降變形基本停止，糾傾加固工程取得圓滿成功。

2 安全措施

糾傾工程是在動態中完成的，技術性強、風險性大，因此，建立相應的沉降速率、傾斜預警控制標準以及做好施工安全措施是施工成功重要保障。

（1）基坑開挖及施工過程中需對傾斜避雷器支架每日進行監測并檢查打拉線情況，若測量數據出線異常應立即停止施工并采取加固措施。（2）施工期間注意現有運行設備的保護，以免影響變電站的安全運行，基坑開挖時需對附近電纜溝做好支護。（3）現場為帶電作業，注意做好安全隔離措施，施工現場所有設備、設施、安全裝置、工具配件以及個人勞保用品必須經常檢查，確保完好和使用安全。

3 結論與建議

（1）通過工程實踐證明，加樁擴大承臺的糾傾加固方法是可行的，該方法糾傾加固效果良好、施工風險小且施工期間對設備正常運行影響較小，對類似工程具有較好的借鑒意義。（2）在濕陷性黃土場地中，黃土濕陷是導致建（構）筑物產生不均勻沉降的主要原因之一，做好場坪封閉層并設置排水坡度，防止地表水下滲可有效防止黃土濕陷，提高建（構）筑物安全。（3）在濕陷性黃土場地，若建（構）筑物采用樁基礎，樁基礎宜做成端承樁，并且樁端應進入穩定持力層，防止黃土濕陷樁身產生負摩阻力加劇建（構）筑物不均勻沉降。（4）變電站投運之后應定期檢查站內散水、道路、場坪是否開裂下沉，場坪坡度、排水井、電纜溝過水渡槽是否失效、堵塞，并及時維護整改，確保變電站運行安全，防患于未然。

參考文獻

[1] 劉祖典.黃土力學與工程[M].西安：陜西科學技術出版社，1997.

[2] 陳正漢，劉祖典.黃土的濕陷變形機理[J].巖土工程學報，1986，8（2）：1-12.

[3] 高國瑞.黃土濕陷變形的結構理論[J].巖土工程學報，1990，12（4）：1-10.

[4] 龔曉南.地基處理新技術[M].西安：陜西科學技術出版社，1997：152-156;176-178.

[5] 朱彥鵬，王秀麗，周勇.濕陷性黃土地區傾斜建筑物的膨脹法糾傾加固理論分析與實踐[J].巖石力學與工程學報，2005，24（15）：2786-2793.

[6] 朱彥鵬，王海明，等.樁基礎高層建筑就傾加固方法及工程實踐[J].建筑科學與工程學報，2018，35（3）：87-94.