高沙土地區變電站周邊土體流失情況調查研究

賁樹俊 楊 巍 袁 俊 范冠宇 張建忙 張 華

(1.國網江蘇省電力有限公司南通供電分公司，江蘇 南通 226006； 2.江蘇省地質工程勘察院，江蘇 南京 211102)

0 引言

江蘇地區分布有大面積的高沙土，主要位于通揚運河以南、以西，江、靖泰運河、江平路以北地區，要包括泰州、南通、揚州三市的泰興、姜堰、如皋、海安、江都5個縣(市)的部分鄉鎮，土地總面積3 190.23 km2，耕地面積18.75×104hm2。近年來，隨著我國經濟的不斷發展，城市化進程加快，人們生活水平的不斷提高，消費觀念和消費水平也有了很大的轉變與提升，電力需求不斷增大，從而對電網建設提出了更高要求，促進了電力行業的發展。另外隨著我國電網智能化工程的推進，城鄉各地區建設智能化電網的序幕已經拉開，為相應配套設施建設的不斷完善提供了廣闊的發展空間。在此契機下，南通地區規劃并建設了相當規模的電力配套設施。隨著城市化、工業化和現代化進程的加快，基礎設施在施工建設和生產運行過程中產生了大量的擾動土，破壞了原有的土層結構，使得建設項目區域內水力侵蝕現象嚴重，原區人為開發建設活動破壞水保設施現象日益加劇，水土流失問題日趨嚴重。已建的位于高沙土地區的電力設施周圍出現大面積沉陷、下降，場地土流失嚴重。這些變電站出現的不同程度的塌陷、下沉將給變電站的安全運行帶來嚴重的隱患。揭示變電站場地土流失及沉降機理，找出解決土體變形的方法已成為一個重要課題，對于后期高沙土地區基礎設施的建設具有重大理論意義和實用價值。

1 變電站地質條件

野樹變電站原名如皋220 kV鄒莊變電站，位于如皋市下原鎮野樹社區9組，為一般電力設施。變電站場地內建有生產綜合樓、變電運維班用房以及消防水池等建筑物，均采用天然地基，無地下室，基礎埋深2.0 m左右。根據勘察發現，該變電站場地內已發生塌陷和地面沉降，主要位于下水道附近。

表1 各巖土層綜合特征表

場地揭示土層主要由粉(砂)土組成，水文地質條件簡單，粉(砂)土層為含水層(弱～中等透水層)。根據地下水的賦存條件、水理性質，地下水類型主要為潛水，主要賦存在粉(砂)土層中，補給來源為大氣降水、農田灌溉水和地表人工排水，排泄方式以蒸發為主，徑流主要為側向徑流，水量動態變化相對較大，受季節性影響，雨季水位有所抬升，地下水位年變化幅度約為1.50 m～2.00 m。

根據已有資料可知，該變電站場地地貌類型屬長江下游沖積平原區高沙平原，設計基礎深度以及實際勘探資料分析表明，變電站基礎主要位于耕植土下部的粉土層中，因此該層粉土是此次研究的重點。

2 試驗布設

為了了解變電站周邊土體的力學性質差異，在變電站周邊進行了相關調查工作的部署，主要包括：槽型鉆、靜力觸探、輕型動力觸探(N10)以及滲水試驗，其中勘探點1，2，3位于變電站外部，大多位于農田，勘探點4，5位于變電站內部，主要是布設于地面沉降及塌陷發生區，集中在下水道附近。工作部署圖如圖1所示。

2.1 槽型鉆

對于地表松散層4 m以淺地質調查采用槽型取樣鉆技術，通過人力將槽型鉆頭敲入地表松散層中，再旋轉，提鉆，取樣。對于所取土樣進行詳細編錄，記錄淺表巖土組合特性及沉積構造等，同時配套記錄地質點周邊地貌及水文條件等方面的信息，并確定鉆孔所在處的地下水位，為進行水文地質相關分析提供基礎資料。對于所取土樣編錄描述完成后，全部保存帶回實驗室，利用所取土樣進行該段土樣的顆粒分析研究，了解巖土體顆粒含量的垂向變化特征。

通過槽型鉆可以知道，野樹變電站處的水位埋深為2.4 m，地表0.3 m以上為耕植土，下部2.2 m深范圍內為粉土。

2.2 靜力觸探

靜力觸探試驗適用于軟土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。通過記錄貫入阻力的變化情況，了解地層的工程性質。

圖2中1,2,3三條曲線為位于變電站外部不同方位的靜力觸探曲線，4曲線為變電站內塌陷區附近的靜力觸探曲線。通過靜力觸探曲線對比圖可以看出：側壁阻力與錐尖阻力隨深度變化曲線趨勢一致，位于變電站外部農田中的靜力觸探曲線趨勢一致，均表現為隨深度增大。相比于位于變電站外部的三條靜力觸探曲線，位于內部塌陷區附近的靜力觸探曲線值在0.52 m～4.0 m范圍內明顯較小，表層局部較大。

2.3 輕型動力觸探(N10)

主要用于測試并提供淺基礎的地基承載力參數以及檢驗建筑物地基的夯實程度。針對塌陷發生區與未發生區分別進行試驗測定其貫入擊數，確定夯實程度，為后期分析提供依據。

圖3中1，2，3三條曲線為位于變電站外部不同方位的輕型動力觸探(N10)擊數隨深度變化曲線，4曲線為變電站內塌陷區附近的輕型動力觸探(N10)擊數隨深度變化曲線。通過輕型動力觸探(N10)擊數對比圖可以看出：位于變電站外部農田中的靜力觸探曲線趨勢基本一致。相比于位于變電站外部的三條輕型動力觸探(N10)擊數變化曲線，位于內部塌陷區附近的輕型動力觸探(N10)擊數變化曲線值在0.7 m～1.7 m范圍內明顯較小，0.0 m～0.7 m局部偏大，整體具有先增大后減小的規律。

2.4 滲水試驗

滲水試驗主要是為了在野外現場測定巖層的滲透系數，有助于了解與滲透相關的參數的特征。本次試驗主要采用單環法進行。

圖4中1,2,3三條曲線為位于變電站外部不同方位的滲透速度歷時曲線，4,5曲線為變電站內塌陷區附近的滲透速度歷時曲線。通過滲透速度歷時曲線對比圖可以看出：位于變電站外部農田中的滲透速度歷時曲線變化趨勢基本一致，其所求解出來的滲透系數較小。相比于位于變電站外部的三條滲透速度歷時曲線，位于內部塌陷區附近的4點滲透速度歷時曲線所求解得出的滲透系數明顯較大；5點滲透速度與其余3點相差不大，主要是因為處于房屋地基及路邊處，夯實作用較為明顯。

2.5 顆粒分析

采用密度計法對槽型鉆調查所取土樣進行分析測定，其結果如圖5所示。

從圖5可以看出，不管是在哪個取樣深度，位于變電站內部的4點所測得的顆粒含量百分比在粉粒范圍內均比位于變電站外部的1,2,3點數值低；另外位于變電站內部的4點數 值在粉粒范圍內相對于外部的點在不同深度起伏變化。

3 結果分析

根據靜力觸探結果進行分析，推測出現上述情況的原因：

1)回填夯實度不夠，未達到設計指標；

2)回填土為雜填土，回填不均勻，明顯可見局部夾有大塊磚石；

3)在水流作用下局部土體內細顆粒流失導致密實度降低。

根據輕型動力觸探結果分析，推測出現上述情況的原因：

1)回填不均勻，填土為雜填土，局部夾有大塊磚石，且表層回填土中夾有碎石墊層；

2)回填密實度不夠，未達到設計指標；

3)在水流作用下局部土體內細顆粒流失導致密實度降低。

根據滲水試驗結果分析，推測出現上述情況的原因：

1)回填不均勻；

2)在水流作用下局部土體內細顆粒流失導致密實度降低。

根據顆粒分析結果，推測出現上述情況的原因：主要可能與該點處的回填密實度有關。

綜上分析可知，變電站場地內部出現塌陷和地面沉降的原因主要是回填不均勻導致的。不均勻的土體顆粒在較大的水頭壓力下沿著大塊磚石架空出現的空隙移動，導致地面塌陷和沉降。

4 結語

通過對變電站場地周邊土體的物理力學性質進行調查，發現變電站場地內外土體之間存在較大差異，主要是場地內部回填擾動導致土體不均勻，在水力作用下引發塌陷和地面沉降。調查結果從機理上展示了災害發生的原因，為后期高沙土地區同類變電站基礎設施建設提供技術指導和理論依據。