某换流站地基处理方案比选及优化研究

[摘要]本研究根据工艺专业推荐的换流站总平面布置方案，结合本工程地质条件及上部结构荷载特点通过分析比较，选择合理的地基处理方案，充分体现安全可靠、经济适用的设计目标。

[关键词]：换流站地基处理

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概述

某换流站长656.0m，宽428.0m，围墙内总占地22.2159hm2，站址所处属于丘陵地貌，整体上以丘陵为主，地形起伏较大，其间分布有狭窄、弯曲的洼地或沟谷，沟谷处多为人工开挖的鱼塘，其间洼地、沟谷等地段存在淤泥质土、松散粗砂等软弱土，和冲洪积、坡积可塑状粉质粘土等中软土。站址自然高差约55m，自然坡度8°～18°场地平整后最大填土高度约24m，属于中软场地土。

2 工程地质条件

站址上覆第四系地层主要为坡残积成因的粘性土，低洼地段分布有浅层浅层冲淤积淤泥质土、冲洪积砂土和粉质粘土，下伏基岩为各种不同风化等级的燕山期花岗岩。各岩土层特征描述如下：

2.1冲淤积淤泥质土（层号②）：深灰、灰黑色，饱和，软塑，冲淤积成因。该层厚度约为1.8m，标贯击数一般1~3击。

2.2冲洪积砂土和粉质粘土

（1）粗砂（层号③1）：灰白，褐黄色，饱和，松散，局部呈稍密状，冲洪积成因。该层厚度约为2.0~2.3m，标贯击数8~12击。

（2）粉质粘土（层号③2）：灰黄、灰褐色，潮湿，可塑，冲洪积成因。该层厚度约为1.5～1.9m，标贯击数6～10击。

2.3坡积粉质粘土（层号④）：褐黄、棕黄色，潮湿，可塑状态，部分地段呈稍湿，硬塑状态，坡积成因。该层厚度约为2.8～4.0m，标贯击数5～14击。

2.4砂质粘性土（层号⑤）：灰黄、棕黄色，局部间灰白色，粘性差，手捏易散，多呈稍湿，硬塑状态，局部呈可塑或坚硬状，残积成因。该层厚度约为1.0～14.8m，标贯击数8～27击。

2.5场地内基岩为燕山期花岗岩，按其风化程度可分为全风化、强风化、中等风化和微风化四个等级，标贯击数大于30～48击。

3 地基处理方案

3.1 场地平整概况

平整后，绝大部分±800kV直流配电装置场地、大部分500kV交流配电装置场地、交流滤波器场地西侧及东北角局部，自然标高低于场地平整标高，这些区域为填方区，其余部分处挖方区。填方区最大填土厚度达24.0m，平均厚度约12.0m。换流站围墙内挖方、填方区分布见图3.1-1。

图3.1-1 换流站围墙内挖方、填方区分布图

各功能分区填方比例见表3.1-1。

表3.1-1换流站各功能分区填方区比例（m2）

3.2地基处理方案选择

本工程需要进行地基处理的范围为：填方区、上述软弱土及中软土场地。填方区面积约125432m2，占整个场地的52.6％，且布置有阀厅、主控楼等换流站中地基基础设计等级为甲级的重要建（构）筑物，故填方区填土处理是整个地基处理方案的重点和关键。结合本工程特点及以往工程经验，填方区地基处理有以下几个方案：

（1）强夯方案。强夯法是振动、挤密地基处理的一种类型，将重锤（通常8吨～30吨，最重可达200吨）从高处（一般8m～20m，最高可达40m）自由下落，对地基施加很高的冲击能（1000kN•m～8000kN•m），反复多次夯击地面，给地基以强烈的冲击力和振动，使土体结构破坏，孔隙压缩，土体局部液化，通过裂缝排出孔隙水和气体，地基土在新的状况下固结，从而提高承载能力，并降低其压缩性。

（2）分层碾压＋桩基础方案。场地清表除淤后，采用碾压振动设备对填土进行压实处理，分层填筑至场地设计标高，地基上部的建（构）筑物基础采用桩基础。本工程场地下伏强风化～微风化花岗岩⑥2、⑥3、⑥4端阻力大，分布连续性好、厚度大，标贯击数一般大于50，是良好的桩端持力层，建议采用摩擦端承桩。本工程可考虑的桩型可分为预应力管桩、预制方桩、钻（冲）孔灌注桩、钻（冲）孔灌注桩等。

以高端阀厅为例，单柱轴力标准值4800kN，桩基方案的经济比较如下：

表3.2-1高端阀厅单柱基础造价比较

从上表可知，阀厅采用预应力管桩造价最低，如采用300mm、400mm桩进行灵活组合，预应力管桩方案的经济性会更进一步突出。综上所述，换流站采用预应力管桩方案在技术上和经济上具有较为明显的优势，本工程桩基采用预应力管桩方案。

（3）分层碾压＋长短桩复合地基方案。场地清表除淤后，采用分层碾压和重夯相结合的方法处理至基础底面，并由长短桩与桩间土形成复合地基，采用刚度较大的长桩承受主要建（构）筑物大型集中荷载，并打入柔性或散体材料短桩挤密地基土，形成复合地基，承受小型、局部均布荷载。

对上述三个方案进行经济比较，见表3.2-2。

表3.2-2地基处理方案经济比较

从上表可知，各种地基处理方案总造价从高到低依次为：复合地基方案桩基础方案强夯方案。即强夯方案总造价最低，其它两种地基处理方案总造价比强夯方案各高出0.8%和159.0%。

采用强夯处理后，阀厅、主控制楼等站内重要建（构）筑物，对地基承载力要求大于220kPa、地基变形控制较严格，这些重要建（构）筑物仍需采用桩基础，强夯方案在原基础上需增加费用129.11万，强夯方案总造价为1304.94万元，费用将超过桩基础方案。综上分析，本工程地基处理主要采用分层碾压＋桩基础的方案。

3.3预留地基地基处理方案优化

预留扩建的交流主变及35kV交流配电装置场地、220kV交流配电装置场地全部处于填方区，总填方面积19442m2，填土面积不大，最大填土约24.0m。该区域本期所需建设构支架及设备基础数量较少，主要为远期扩建预留场地。由于布置于该区域的构支架及设备基础荷载不大，基于以往工程经验及强夯法的特点，拟对该区采用强夯法进行加固处理。处理后的人工地基可作为该区的建（构）筑物基础的持力层。两种方案比较如下：

表3.3-1 预留场地基处理方案经济比较

由于这些区域主要为远期扩建预留场地，采取强夯地基处理方案，一方面解决了站区挖方石方的回填问题，另一方面这些预留场地可经长时间的固结，沉降趋于稳定，基础处理简单。

4 结论

换流站占地大、在电力系统中地位重要，地基处理费用高，因此必须重视地基处理方案的比选和优化，以符合工程造价较优、工期较短的要求，达到电力工程安全可靠、经济适用、快速的建设目标。