變電站基坑回填土地面沉降分析

趙海飛，蔣 濤，鐘波波

(內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010011)

0 引言

回填土是指在工程施工中，完成基礎等地面以下工程后再返還填實的土。人類活動破壞了原狀土體的天然結構，回填過程中存在忽略施工質量，出現因回填土不均勻沉降導致建筑物不能正常使用，甚至開裂的現象。徐大偉[1]等總結了填土具有非均勻、抗剪強度低、密度小、固結程度低、土質疏松、孔隙大、結構性差等特征?；靥钔翗嫵蓮碗s、堆積方式各異、工程性質獨特、規律性差，所以回填土不均勻沉降一直是工程的難點。

本文以某500 kV變電站基坑回填土地面不均勻沉降為例，通過現場勘察及場地水文地質條件調查，分析了回填土地面沉降的原因，并提出了針對性的處理措施。

1 工程概況

1.1 回填土勘察情況

某變電站500 kV保護小室室內，以及500 kV架構、220 kV架構基礎周圍地表均發生了明顯的不均勻沉降，如圖1所示。

圖1 地表不均勻沉降

針對不均勻沉降地段進行了探井勘察，勘察情況如下：

①在500 kV架構地段基礎回填坑內布置一個探井，探井編號TK01，該地段回填土為粉質黏土，局部混粉土和少量砂礫及混凝土碎塊，稍濕—很濕、鐵鍬易挖、松散狀態；②500 kV小室室內因設備正在運行，只能在外墻西側布置一個探井，探井編號TK02，該地段回填土為粗礫砂混粉土，稍濕—飽和，級配良好，鐵鍬易挖、松散—稍密狀態；③在220 kV架構地段基礎回填坑內布置一個探井，探井編號TK03，該地段回填土為粉土，局部為粉質黏土，混少量砂礫及混凝土碎塊，稍濕、鐵鍬易挖。

探井開挖時，回填土可以用鍬輕松挖掘，而原狀土必須用鎬才能挖掘，說明該回填土密實度差。

1.2 回填土物理力學性質

勘察時在探井內進行灌水試驗測定回填土的濕密度，以及取回填土進行室內壓縮試驗和擊實試驗，測定壓縮模量和計算回填土的壓實系數，并對回填土進行了輕型動力觸探試驗。土工試驗結果見表1所列，輕型動力觸探試驗擊數直方圖如圖2所示。

表1 土工試驗結果表

分析表1試驗數據可知：回填土不均勻，壓實系數在0.74～0.86之間；回填土壓縮模量在1.90～3.92 MPa之間，屬高壓縮性土。說明該回填土未被有效壓實，經過自然固結后，現階段回填土的密實度仍然較差[2]。

圖2 輕型動力觸探試驗擊數直方圖

從圖2看，各回填土的觸探曲線形狀各異，說明回填土回填不均勻，而且回填土觸探試驗擊數與原狀土觸探試驗擊數相差較大。

2 地下水評價

2.1 場地水的補給與排泄

勘察中為了了解地下水條件，在原狀土地段又布置了兩個探井，編號為TK04與TK05。

探井TK01水位為地表下2.5 m，水量較少，只是在2.5～2.8 m處為很濕狀態，開挖后可以看出該處明顯有水滲出；探井TK02水位為地表下2.3 m，水量較大，水位以下有明顯的坍塌現象；探井TK03地表下3.3 m未見地下水；TK04地表下3.2 m未見地下水；TK05水位為地表下1.5 m，水量較少，只是在1.4～1.5 m處為很濕狀態，開挖后可以看出該處明顯有水滲出。

場地水的補給與排泄如圖3所示，場地內地下排水管網及綠化管網埋深均在3.0 m以下，且分布較多。調查管網井內的水位，發現大部分管網井內存在積水，水位在地表下1.0～2.6 m之間，管網井內水位與探井中的水位基本一致，說明井內與井外地下水通過滲透可以相互流通。管網井內的水是由于上部回填土區降水滲入及周圍基坑內水的滲入造成，同時該管網與自來水管網相連，管網損壞或滲漏也有可能產生積水。

圖3 場地水的補給與排泄

主控樓附近管網井內水位最淺，埋深在地表下約1.0 m，原因主要為兩方面：①該地段有自來水管線，地面下沉可能將該管線損壞，導致自來水的滲漏，加上排水管網排水不暢造成；②大氣降水入滲造成，在井的外側挖探坑測量水位，井內水位高于外側地基土中的水位，說明周圍地基土中的地下水受井內水的補給。

這些管網井內的水可以通過管網或鋪設管網時形成的回填土滲透到場地內的其他地段。

通過調查，變電站2013年的擴建施工中，與原有基坑相連的基坑開挖后有地下水，局部水量較大；與原有基坑距離較近的基坑開挖后也有地下水滲出，地下水沿坑壁薄層砂夾層緩慢滲出；與原有基坑距離較遠的基坑開挖后未見地下水滲出。

開挖有地下水的基坑通過明排均可將基坑內的水排完，場地內回填土地段地下水也可通過明排等方式排出。

2.2 地下水類型

場地原地表為粉土層，一般厚度在0.5～1.5 m之間；其下主要為粉質黏土層，雜色、稍濕、硬塑—堅硬狀態，存在粉土或細砂、粗砂夾層。地表下20 m深度范圍內無地下水。

現場地內部分地段已經存在地下水，且各個地段地下水埋深不同，地下水主要分布在回填土地段及其附近，在遠離回填土地段的原狀土層處，基礎埋深范圍內無地下水。結合地層資料，地下水為基礎底面以下、粉質黏土層以上的上層滯水，主要是由于當時基礎施工時基坑采用大開挖的形式，基坑尺寸較大，回填時回填土壓實處理效果差，大氣降水很容易滲入到基坑內，形成坑內滯水，且當時部分基坑采用砂土回填，回填土較松散，大氣降水容易滲入到坑底，使基坑內水量增大；部分基坑采用開挖出的粉質黏土和粉土回填，黏性較大，減緩了大氣降水下滲的速度，致使部分降水流走和蒸發，因此這些基坑內水量較少。

近幾年由于該地區降水量增加，大部分回填土地段出現了不同程度的地面下沉，使得周圍一定范圍內的降水匯集到了回填土地段，回填土地段基坑內的地下水水量逐年增加。

3 沉降原因分析及應對措施

3.1 地面沉降的直接原因

根據工程經驗，深度較小的基坑回填土自壓密產生的沉降很小。事實上由于基坑回填土回填范圍小、場地不規則、距離基礎近，常規壓密設備無法使用，往往采用人工夯實，使得大部分工程基坑回填土壓實度達不到要求，但產生沉降的概率很小，說明達到一定密實度后，土的自壓密產生的沉降是有限的。根據調查，變電站建設完成后6～8 a后才出現地面下沉現象，這時土的自壓密已經完成，產生沉降的直接原因并非回填土的壓實度不夠。

近年來當地生態氣候變化，降雨量大幅增加?，F場勘察證明，基坑回填土內普遍含水量較高，甚至達到了飽和?；靥钔猎趬簩嵍容^小的情況下具有浸水濕陷性，地下水可以破壞土的原有力學平衡，使土體加速密實，體積變小，從而造成地面下沉。近年來出現了許多變電站地面沉降的現象，主要是回填土產生的沉降。回填土未嚴格壓實是工程中普遍存在的問題，但地下水的浸泡才是造成地面下沉的直接原因。

3.2 變電站內基坑回填土被水浸泡的原因分析

由于降雨量增大及地表未采取防滲入措施導致回填土含水量增加，造成了局部地面沉降。局部地面的沉降破壞了地表的散水，在地表形成了匯水洼地，加速了雨水的滲入，基坑積水增加，導致地面下沉加速。同時地面下沉的增加對地表排水、散水及地下管網造成了破壞，也加速了地表積水和地下管網滲漏水向基坑回填土內滲入。

在北方黏土地區，基坑采用大開挖方式，且采用砂礫石回填，使雨水很容易灌滿整個基坑，由于基坑較深，不宜被蒸發掉，再加上各種管道(線)溝的連通，使整個場地內的地下積水貫通，加速了基坑回填土的飽和。

含水量的增加導致了地面下沉，地面下沉又導致地表積水、地下管網和地表散、排水設施損壞，加速了水的滲入，回填土內含水量繼續增大，導致回填土地面繼續下沉，如圖4所示，形成了一個惡性循環。

圖4 不均勻沉降分析圖

綜合分析，近年來一些變電站內部地面沉降的原因多為基坑回填土受水浸泡。降雨量增大、采用透水性好的材料回填、黏性土地區基坑積水不宜被排走、局部地表下沉及排水設施破壞后維修不及時、場地地下供排水管網的破損、地表未采取防滲措施等原因都可以造成基坑回填土被水浸泡。綜上，地表水控制不當及輸水管線的滲漏造成了變電站基坑回填土被水浸泡。

3.3 應對措施

針對以上沉降原因可以采取應對措施，見表2所列。

表2 基坑回填土沉降應對措施表

4 結論

變電站基坑回填土地面沉降主要是受水的影響，通過以上分析得到以下具體原因及應對措施。

1)基坑回填土受水浸泡是許多變電站產生地面沉降主要原因。

2)降雨量增大、采用透水性好的材料回填、黏性土地區基坑積水不宜被排走、局部地表下沉及排水設施破壞后維修不及時、場地地下供排水管網的破損、地表未采取防滲措施等原因，是造成變電站建筑物基坑回填土受水浸泡的原因。

3)可以針對性地采用透水性弱的黏性土回填基坑，加強場地排水、散水以及地表鋪設一定厚度的灰土隔水層等措施。及時修復局部地表的下沉和散排水設施，及時檢修場地內的輸水管線等，可防止地基土被水浸泡造成地表下沉。

4)針對已經下沉的地面，建議將場地內回填土地段地下水抽出，并采用黏性土重新進行壓密回填，或者采用灌漿處理措施。