關(guān)于濕陷性黃土地區(qū)變電站場(chǎng)內(nèi)塌陷問題分析

彭朝輝

摘 要： 變電站是電力系統(tǒng)中最重要的電力設(shè)施，變電站的正常運(yùn)行影響著整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是由于變電站的場(chǎng)地受限，面臨著各種地質(zhì)問題，本文從一起變電站場(chǎng)內(nèi)塌陷問題來分析濕陷性黃土地區(qū)建筑物處理措施。

關(guān)鍵詞： 塌陷;濕陷性黃土;地基處理

【中圖分類號(hào)】TU472 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0170-01

某變電站控制室外側(cè)出現(xiàn)不規(guī)則塌陷，局部嚴(yán)重處甚至發(fā)生斷裂。經(jīng)對(duì)下陷區(qū)域大面積開挖后發(fā)現(xiàn)，控制室底板下方出現(xiàn)空洞。造成地面濕陷原因：本建筑場(chǎng)地地質(zhì)為III級(jí)自重濕陷性黃土，濕陷處附近的雨水檢查井與雨水管道接口處發(fā)生豎向斷裂，檢查井內(nèi)雨水在降雨時(shí)期大量漏滲，故造成該區(qū)域地面整體下陷。

1 濕陷性黃土概念及對(duì)建筑物的危害

濕陷性黃土是指在一定壓力作用下或受水浸濕，其結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞而發(fā)生顯著附加沉陷，可引起道路豎向發(fā)生不均勻沉降，拉裂（斷）室外管道，更嚴(yán)重者導(dǎo)致建筑物破壞，因此客觀評(píng)價(jià)黃土的濕陷性是濕陷性黃土區(qū)工程勘察的主要任務(wù)之一。濕陷性黃土分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷黃土。自重濕陷性黃土是指在上覆土的自重壓力下受水浸濕發(fā)生濕陷的濕陷性黃土，當(dāng)自重濕陷系數(shù)小于0.015時(shí)，定為非自重濕陷性黃土;自重濕陷系數(shù)大于等于0.015時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷性黃土，濕陷等級(jí)劃分：非自重濕陷性（I級(jí)、II級(jí)）;自重濕陷性（II級(jí)、III級(jí)、IV級(jí)）。

2 造成黃土濕陷原因

造成黃土濕陷的原因主要有三種：（1）黃土的力學(xué)性質(zhì)從內(nèi)部改變了黃土在浸水及外部荷載因素下，使剪應(yīng)力超過抗剪強(qiáng)度，從而發(fā)生濕陷。（2）土質(zhì)里面受水浸潤(rùn)，土壤自身摩擦力降低，外力作用導(dǎo)致濕陷。（3）黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生崩解，使黃土顆粒間膠結(jié)強(qiáng)度弱化，顆粒間相對(duì)遷移，并伴隨小顆粒進(jìn)入大間隙。同時(shí)由于顆粒間膠結(jié)被水溶解，在外部擾動(dòng)作用下強(qiáng)度已不堪平衡，造成土質(zhì)結(jié)構(gòu)損壞。

3 造成變電站場(chǎng)內(nèi)塌陷原因

根據(jù)上述黃土濕陷原因，可大致推斷出引起地面不規(guī)則沉降或塌陷的主要因素：一是濕陷性黃土;二是水（即降雨和管道漏水）。

常見原因：（1）建設(shè)單位未意識(shí)到地質(zhì)特殊性，或?yàn)楣?jié)約成本，按常規(guī)施工要求操作。（2）設(shè)計(jì)不合理。設(shè)計(jì)單位未按濕陷性黃土地區(qū)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）施工不到位。施工單位未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工處理或施工過程中偷工減料等狀況，如采用夯實(shí)法處理飽和度不大的濕陷性黃土地基時(shí)，壓實(shí)系數(shù)未達(dá)到要求;地基處理深度過淺;回填土使用原狀土代替灰土等。（4）其他因素。包括氣候因素，如罕見暴雨現(xiàn)象;外部因素，如道路荷載超標(biāo);人為因素，如人為破壞等。

4 常用處理措施

針對(duì)濕陷性黃土的處理措施主要是從兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是對(duì)地基進(jìn)行處理;第二個(gè)方面是針對(duì)水的控制。

針對(duì)濕陷性黃土的處理措施主要有：墊層法;夯實(shí)法;樁基礎(chǔ);擠密樁法;化學(xué)固定法。

（1）墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，減小地基的壓縮變形，提高地基承載力，可將其分為局部墊層和整片墊層。當(dāng)僅要求消除基底下1-3m濕陷性黃土的濕陷量時(shí)，宜采用局部或整片土墊層進(jìn)行處理;當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力或增強(qiáng)水穩(wěn)性時(shí)，宜采用局部或整片灰土墊層進(jìn)行處理。

（2）夯實(shí)法適用于處理飽和度不大的濕陷性黃土地基。一般采用重錘，適當(dāng)?shù)穆渚啵蛇_(dá)到消除基底以下1.2-1.8m黃土層的濕陷性。在夯實(shí)層的范圍內(nèi)，土的物理、力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改善，平均干密度明顯增大，壓縮性降低，濕陷性消除，透水性減弱，承載力提高。非自重濕陷性黃土地基，其濕陷起始?jí)毫^大，當(dāng)用重錘處理部分濕陷性黃土層后，可減少甚至消除黃土地基的濕陷變形，采用重錘夯實(shí)的優(yōu)點(diǎn)得以體現(xiàn)。強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理一般認(rèn)為，是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動(dòng)，從而達(dá)到增大壓實(shí)度，改善土的振動(dòng)液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過程是瞬時(shí)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過程。其目的是使地基緊密度、強(qiáng)度提高，整體承載力得到加強(qiáng)。

（3）樁基礎(chǔ)是將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土（或巖）層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁。在成孔過程中將土排出孔外，樁孔周圍土的性質(zhì)并無改善。但設(shè)置在濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅度減小甚至消失，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)的正摩阻力迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力。因此在濕陷性黃土場(chǎng)地上，不允許采用摩擦型樁，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)除樁身強(qiáng)度必須滿足要求外，還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁，其樁底端以下的受力層：在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是壓縮性較低的非濕陷性土（巖）層;在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，必須是可靠的持力層。這樣當(dāng)樁周土受水浸濕，樁側(cè)的正摩阻力一旦轉(zhuǎn)化為負(fù)摩阻力時(shí)，便可由端承型樁的下部非濕陷性土（巖）層所承受，并可滿足設(shè)計(jì)要求，以保證建筑物的安全與正常使用。

（4）擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，處理深度可達(dá)5～10m。施工時(shí)先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔，利用錘擊打入或振動(dòng)沉管的方法在土中形成樁孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過成孔或樁體夯實(shí)過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而徹底改變土層的濕陷性質(zhì)并提高其承載力。值得注意的是，不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內(nèi)。

（5）化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法。硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過程，一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中，另一方面溶液與土的相互凝結(jié)，土起著凝結(jié)劑的作用。

針對(duì)水的控制（包括給排水管道內(nèi)的水及大氣降雨）：

（1）完善室外場(chǎng)地排水系統(tǒng)。合理利用室外場(chǎng)地豎向，通過地表徑流與地下雨水管道系統(tǒng)的有組織排水系統(tǒng)相結(jié)合，快速、順暢的排除場(chǎng)內(nèi)雨水，避免場(chǎng)地內(nèi)大量積水造成的地面沉降或建筑基礎(chǔ)塌陷。

（2）室外給、排水管道工程建設(shè)的安全性及合理性。包括：室外給排水管道材料選擇的合理性，室外管溝設(shè)置的必要性;室外給排水構(gòu)筑物的合理性。

5 結(jié)語

綜上可知，濕陷性黃土對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的影響重大，目前，已知的處理濕陷性黃土所采用的方法施工難度大、經(jīng)濟(jì)成本高、整體效果不顯著，嚴(yán)重影響著人們的生命安全和生活品質(zhì)。如何更加完善相關(guān)處理措施需要更多從業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，希望今后在更多新技術(shù)，新經(jīng)驗(yàn)的幫助下，濕陷性黃土的工程難題得以有效解決。

參考文獻(xiàn)

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