220kV洞庭变电站基础设计研究

摘要：220kv洞庭变电站兴建于原上海杨树浦电厂内，建设场地内地质情况复杂且下卧运营中的电缆，本文介绍了变电站基础设计中的地基处理方法，基础设计方案和施工监测要求等，实践证明设计方案是安全可靠的。

关键词：变电站；电缆隧道；压密注浆；筏板基础；施工监测

1.

2.中图分类号：TM411文献标识码： A

1.概述

220kV洞庭变电站工程是上海杨树浦电厂改造实施的配套工程，为配合杨树浦电厂从厂区整体开发考虑，减少对厂区开发用地的影响，变电站站址选在杨树浦电厂内#1电缆竖井的南侧，腾越路的东侧，距离#1电缆竖井仅7m。变电站主体建筑物拟建场地中部有一条埋深约23m的220kV 电缆越江隧道。隧道内径为2.4m，壁厚为24mm。目前，隧道内铺设9根正在运行的220kV高压电缆。隧道北端与#1电缆竖井相连。变电站的兴建势必会对电缆竖井和隧道产生不利影响，一旦发生事故后果不堪设想。

2.建筑物基础设计

2.1建筑物地基处理设计

根据岩土工程详勘报告，变电站基础下的持力层分布比较复杂，基本分为两大类型：换填素土与加固土。换填素土主要分布于建筑物基础东南、东北两侧。而加固土分布又有三种情况：原干煤棚基础周围存在围护桩、原干煤棚堆煤区域为黑色煤渣、原道路及篮球场区域为粉粘与砂粉土层。

三种类型加固土的承载力都能满足要求，而素填土在回填过程中，受施工工期及雨天的影响，承载力不满足设计要求。素填土中根据现场情况有分为三种类型，其中①A层土，土质松软，表层呈“弹簧土状”，标贯有放锤自沉现象，需进行地基加固处理；①B层土，经一定压实处理，土质相对较好，具一定承载力，经适当的地基处理后，可作为拟建构筑物天然地基持力层；①C层，土质松软，未经压实，承载能力较低，如采用①B层作为拟建构筑物天然地基持力层，需对①C层进行必要的地基加固处理。

地基土承载力建议值

土层序号 重度

(KN/m3) 静力触探

Ps(MPa) 标准贯入试验

N（击） 地基承载力设计值fd(kPa)

①A 18.0 0.31 1~2 30

①B 18.1 2.30 3~5 60

①C 18.1 0.38 40

由于基础持力层的土质性能差别很大，桩基是首先考虑的方案。但由于要避开基底下19m左右一条地下电缆隧道，需采用对周围建、构筑物影响较小的灌注桩（直径600），桩间距至少要大于4m。另外，场地内存在原桩基，这给桩基设计带来很大的难度。且桩的重心很难调整到和基础重心一致，所以，认为采用梁板式筏板基础的形式比较合适。这是基于两个方面考虑：一是建筑物只有二层，局部三层，基底压力只有 85kN/m2(不考虑浮力的作用),二是筏板基础抵抗基础不均匀沉降的能力较强。

根据场地内换填素土的特性和现场条件，我们考虑采用压密注浆的方法。压密注浆适用于处理砂土、粉性土、黏性土及一般填土层。压密注浆可提高地基土的强度及改善地基土的变形能力。

压密注浆孔的布置原则，应能使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体。注浆孔的间距按1m范围设计，多排孔宜采用梅花型布置。注浆处理范围超出回填区1~2排孔。有基坑围护侧1排孔，无基坑围护侧2排孔。

压密注桨采用水泥强度等级42.5，水灰比0.6，水泥掺入量为120kg/m3。根据现场注浆试验确定浆液扩散半径，注浆压力由试验确定。

注浆顺序必须根据地基土质条件、现场环境、周边排水条件及注浆目的等确定，应采用先后内部挑空间隔的注浆施工方式，不宜采用自注浆地带某一端单向推进的注浆方式。由于本基坑的特殊性，为防止浆液流失，压密注浆必须在基坑围护完成后再进行素填土区域的压密注浆施工。压密注浆加固深度为回填区域的底部（吴淞高程-4.500m）～基础底部以上2.000m（吴淞高程1.360m）,总共加固高度为5.760m。

2.2筏板基础设计

变电站建筑物是一幢带半地下室的二层(局部三层)建筑物，地下室层高3.8m，基础采用带护壁的片筏基础。因建筑物长81.75m，宽51.9m，基础的占地面积较大，而且基础座落在不同的土层上，为了提高整个基础的刚度，基础梁高取2m，筏板厚取0.5m ，基础底标高-4.940m。

基底下经压密注浆处理后的土并不理想，但基底下0.5m的加固土达到了100kPa。经分析认为，素填土比较松散，浆液朝下流动，而到-5.500 m深度基本不朝下流动，由于-5.500 m以下土中水泥含量较高，复合土地基承载力也大大地提高了。

根据地基处理的实际情况，对片筏基础的设计方案进行了调整，整个基础下换垫厚度不小于500的中砂，这样不仅解决了原地基处理不佳的加固层，也避免了基础不宜座落在不同的土层上的缺陷，相当于在基础底部设一道褥垫层， 使整个基础的受力更合理、均匀。另外，由于基础比较长，为便于基础施工及防止基础开裂，在基础两侧设二道 800宽后浇带。

经过计算，建筑物基底压力为85kPa（不考虑地下水的影响），因此，只要持力层的承载力大于85kPa，基础承载力验算就没有问题。由于加固土的种类较多，地质情况较为复杂，建筑物基础在施工前，对压密注浆处理的素填土、原干煤棚内区域的加固土、原道路及篮球场区域加固土都进行复合地基载荷试验，试验结果均大于100kPa，因此，建筑物基础的地基承载力满足设计要求。

在设备正常运行阶段，P/F浮=(85-10x3.14)/10x3.14=1.7>1.1，建筑物抗浮满足设计要求。但在基础施工阶段，井点降水需在框架结构全部完成后，方可停止井点降水，否则，建筑物会有上浮的可能。基础的沉降经计算只有20mm， 这是因为基础埋深较深，基底的附加应力只有15kPa，因此，基础沉降几乎可忽略不计。

3 施工监测

变电站基坑的施工，对下卧的电缆隧道以及旁侧的1#工作井影响很大，特别应关注工作井与隧道连接部位。由于基坑开挖卸载后，电缆隧道受到地下水作用和土体卸载变形影响，很可能造成电缆隧道沉降或上浮、#1电缆竖井井身结构的倾斜，严重时将导致隧道及#1电缆竖井结构变形开裂漏水，影响电力隧道及#1电缆竖井结构安全和电力电缆正常运行。

变电站工程建成运营后，由于变电站结构及其设备荷载的作用，其加载过程会引起变电站基础下的土体再压缩。变电站建成后粘土的次固结等，也会引起土体的沉降，从而导致电力隧道的沉降或变形，甚至工作井与管段连接部位的变位等。

因此，对地下电缆隧道及电缆竖井作了专项监测方案，要求对#1电缆竖井与电缆隧道结构进行全自动监测，并配合人工巡视，实时把握#1电缆竖井与电缆隧道变形情况，及时采取控制措施。同时，变电站施工前，需要对施工影响范围内#1电缆竖井与电缆隧道结构进行全面检测，对结构现状进行准确评估，为评估施工对电力隧道影响提供依据。报警值设置原则是：监测过程中，相邻监测点的不均匀沉降实测值，每日小于1.6mm，累积沉降量小于16mm；接头张拉量为零，则认为隧道结构处于安全状态。相邻监测点的不均匀沉降实测值，每日大于1.6mm，累积沉降量大于16mm；接头张开量大于零，监测系统将报警。相邻监测点的不均匀沉降实测值，每日大于2mm，累积沉降量大于20mm；接头张开量大于零，需召开现场会议，并采取应急控制措施。

4.结论

建筑物基础经过三个月施工已全部完成，根据现场的施工情况，基础及地下室梁、板、墙、柱均未发生裂缝等质量问题。目前，整个建筑物施工已基本完成，正进入电气设备安装阶段，地下电缆隧道及#1电缆竖井从基础施工开始，一直处在全自动监测下，没有出现报警现象，建筑物沉降量小于10mm，估计设备安装后的总沉降量不会大于20mm。主体结构及基础均未发现裂缝现象。因此，建筑物基础设计方案是合理的。

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作者简介：许菁（1961- ），女，汉族，上海市人，高级工程师，主要从事变电工程结构设计研究。