变电站工程地基处理的实践与机理探讨

摘要：本文从实际出发，根据变电站地基处理的经验中，总结了各种地基的处理方法以及施工特点，为施工人员和设计人员在地基处理方面提供了较为完善的参考条件。

关键词：变电站；工程地基；实践；机理

在所有的变电站建设当中，如果天然地质发生了变化，不能满足变电站的建设要求，那么这时便要对变电站的地基进行处理。对变电站地基处理不但直接影响到变电站将来的安全运行，同时也会从某些程度上直接影响到变电站的建设投资。本文便会从实际上出发，对变电站的地基处理进行探讨。

一、在选择地基处理方案时，应该考虑的问题

（一）地基的承载力与稳定性

地耐力是表征地基承载力以及稳定性的重要参数。即建筑物本身压力与土壤的内摩擦角。在变电站地基设计方案开始实行之前，首先应该考虑到地耐力因素。因为地耐力不够，会让变电站发生不正常的下沉现象，而不均匀沉降容易让变电站的母线构架和设备支架发生倾斜，破坏设备连接甚至损坏设备，给将来的变电站运行造成巨大的隐患。

（二）要考虑到水平移位以及沉降

地基的水平移位、沉降和不均匀沉降都有一个特定的标准值，假设在施工过程中超过了这些标准值，那么便会直接影响变电站的使用，严重时可能会对其产生破坏。沉降量过大或产生不规则沉降，都有可能严重影响变电站的安全运行。

（三）渗流问题

当地基中的渗流量以及水力比严重超过标准值时，地基会出现大量的水量流失，造成潜蚀和管涌；一旦出现这样的情况，就会让地基大大减少稳定性，引发工程事故。

针对以上所述的三个问题，在现实施工过程中往往会经常遇见。但不管怎样，若是发现其中任何一条问题时，便需要对变电站的地基进行处理，以满足变电站对地基的要求。

二、处理软土地基方法

（一）软土性质

软土一般可分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥灰质土和泥炭等，即其性质大体与上述概念相近的土都可以归纳为软土。以某变电站为例，该变电站周围70%以上属软土地质。这些软土分别由松散沙土、高压缩性填土以及软同构成。软土是第五纪后形成的，分别由三角洲相、泻湖相、海相的河流冲积物构成。软土中的含水量高于液限百分之五十，孔隙比在2.0左右；压缩系数为1MPa；具有90%以上的饱和度；内摩擦角 7°。通常情况下，孔隙比一般为1.0-2.0，其中孔隙比为1.0～1.5称为淤泥质粘土，孔隙比大于1.5时称为淤泥。

（二）泥炭质土的特性

当土中含有不同的有机质时，将形成不同的有机质土，在有机质含量超过一定含量时就形成泥炭土，它具有不同的工程特性，有机质的含量越高，对土质的影响越大，主要表现为强度低、压缩性大，并且对不同工程材料的掺入有不同影响等，对工程建设或地基处理构成不利的影响。泥炭土不排水强度通常仅为5～30kPa，表现为承载力基本值很低，一般不超过70kPa，有的甚至只有20kPa。压缩系数大于0.5MPa-1，最大可达45MPa-1，压缩指数约为0.35-0.75。有关泥炭质土的压缩模量取值，规范尚未单独列出，其取值亦只能依据软土或试验取值。其中试验一般可通过压缩试验测定了样土沉降量，计算出了压缩系数和压缩模量.通过样土抗剪试验确定了样土抗剪强度参数，计算出了样土最大承载力。

（三）在确定处理方案前应该做好准备工作

在确定地基的处理方案之前，应该对岩土工程进行全面考察，对上部结构以及基础设计进行研究。其次，要根据现场情况，找出天然地基存在的问题，要具有针对性的对变电站地基进行处理，处理过后的地基必须要达到规定指标要求。在确立地基处理方案之前，还应该考察周边临近建筑物、地下工程的地基情况，并结合变电站周围环境进行综合考虑。

三、变电站地基常见处理

在对变电站地基进行处理过程中，有几种较为常见的处理方法，分别是强夯压实法、换填法、水泥搅拌法、排水固结法以及复合地基处理法。下面我们来对这几种处理法进行探究。

（一）强夯压实法

压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。土的压实效果与压实时的含水量有关。土在最佳含水量（wop）时压实填料，可以获取最经济的压实效果和达到最大密实度。最佳含水量是一相对值，压实功能的大小和土的类型而异，所施加的压实功越大，压实土的细粒含量越少，则最佳含水量越小，而最大密实度越高。因此，最优含水量指的是对特定的土在一定的夯击能量下达到最大密实状态时所对应的含水量。

（二）换填法

当变电站的地基土太过软弱，无法满足上部载荷对地基强度的各种要求时，可以采用换填土垫层来处理。

1、将基础下一定范围内的软土层挖去，然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等，并分层夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。换填法适于浅层地基处理，处理深度可达2～3米。在饱和软土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀和加速软土排水固结的作用。

2、如果需要处理的地基软土层非常厚，且需要进行大面积加固处理时，可以在原来的软土层上直接覆盖一层厚度较好的沙石以及矿石。宜选用碎石、卵石、角砾、原砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2 mm的部分不应超过总重的45%），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不应超过总重的9%）时，应掺人不少于总重30%的碎石或卵石。最大粒径不宜大于50mm。

3、使用换土垫层法。在变电站地基施工之前，把下面的软土全部挖除，并在其中填筑人工垫层用作持力层。根据人工回填材料的不同，大致可以分成碎石垫层、砂垫层以及素土垫层等等。

这种换填法使用范围也非常广，尤其适用于那些膨胀土、冻胀土、杂填土、暗沟、古井以及素填土等等。由于基坑开挖等因素，换填法基本用于上部荷载能力小，基础埋深浅的工业建筑。这种换填法的开挖程度不能超过4米。

（三）水泥土搅拌法

水泥土搅拌法指的是以水泥或者石灰等为原材料，经过特制的机器，将固化剂、软土以及浆液进行强制搅拌，让固化剂与软土之间形成化学反应，最终目的是为了让软土层形成具备整体性以及稳定性的水泥加固体，这样做可以提升地基的强度，减少沉降。除此之外，水泥搅拌法还可以用作挡土墙进行使用。

（四）排水固结法

这是一种最新才开始流行的处理方法，它的工作原理是将软粘土中的水分慢慢排除，减小其中的孔隙率，使地基发生固结变形。与此同时，随着水压的逐渐消散，软土的效应力会逐渐增大，是地基具有更高的承载能力，大大降低了施工后可能出现的沉降现象。砂井法、预压法、加载预压法都属于排水固结法。

加压系统和排水系统共同构成了排水固结法。这种加压系统是地基所提供压力而设计的。通过附加压力使地基土层排水固结。之所以要在地基中设置排水系统，是为了增加排水路径，缩短排水距离，从根本上加快地基排水进程。地基中的加压以及排水系统是密切相连、相互影响的。

（五）复合地基处理法

复合地基是用专门机械将固化剂、水泥、石灰或掺加粉煤灰单一的或混合物喷出后，在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂和软土间发生的一系列物理化学作用，在原地基中形成强度、刚度较大的加固桩体，同时也使桩周土体性质得到改善，使桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外部荷载，可实现稳定条件下的快速填土。这些加固土桩，不考虑加固土桩加快地基的排水固结速度和对地基的挤密作用，仅考虑桩的置换作用、应力集中效应，进而减少总沉降量。

四、结语

对于变电站的地基处理而言，通常有一定的特殊性。在实际工程中，要根据地质勘查报告，根据平时的处理经验，制定出一套既经济、又安全的处理方案。于此同时，还应当分型出刚性地基以及柔性地基的特性，在变电站地基处理中将其合理运用，达到最好的使用效果。

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