某220kV变电站地基处理研究分析

摘要：变电站是电力系统运行的关键环节，其工程建设质量直接影响着各种设施设备的稳定应用，从而在某种程度上决定着国家与人民的电力使用利益。文章结合某220kV变电站工程地质情况，从技术角度对几种常用的地基处理方法进行对比，选择出技术相对合理、经济适用的地基基础技术方案，以供电网工程及其他行业的设计人员参考。

关键词：变电站；软土地基；地基处理

中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）25-0123-02

某220kV变电站工程位于湖北省汉川市，站址原始地貌属汉江一级阶地地貌，站址区内主要分布有水田、旱地。场地地面标高约20.53～21.50m，自然地面高差约1m。

1 站址工程地质条件

站址场地岩土分布主要为第四系全新统素填土（Q4ml）、第四系全新统冲湖积（Q4al+l）淤泥、第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）粉质粘土、第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）粉砂夹粉土、粉细砂。

场地内岩土层由上而下叙述如下：

（1）层素填土（Q4ml）：青灰色、黄褐色，稍湿，松散。主要为粘性土及耕植土，含有植物根系。层顶标高21.41～21.67m，层厚0.6～0.9m。

（2）层淤泥（Q4al+l）：灰黑色、饱和，流塑，层顶标高20.61～21.27m，层厚3.90～5.20m。地基承载力特征值fak=40kPa。

（3）层粉质粘土（Q4al+l）：青灰色，湿，可塑。层顶标高15.50～17.06m，层厚1.90～3.30m。地基承载力特征值fak=130kPa。

（4）层粉质粘土（Q4al+l）：青灰色，湿，软塑，局部可塑偏软，夹薄层状粉土。层顶标高13.51～14.16m，层厚1.50～8.90m。地基承载力特征值fak=70kPa。

（5）层粉砂夹粉土（Q3al+pl）：灰色、青灰色，饱和，松散，粉砂与粉土互层，层理清晰，呈千层饼状。层顶标高4.70～12.07m，层厚7.30～13.80m。地基承载力特征值fak=90kPa。

（6）粉细砂（Q3al+pl）：灰色、青灰色，饱和，稍密，含薄层状粉土。层顶标高-2.60～-1.43m，地基承载力特征值fak=150kPa。

2 主要岩土工程问题

根据《电力工程水文技术规程》（DL/T5084-1998），本工程站址的设计防洪标准为50年一遇。根据水文气象等调查得知，站址的50年一遇设计洪水位为24.2m。按照场地设计标高不应低于设计洪水位标高，因此，拟定场地标高24.3m，全站场地需回填土2.8～3.8m高。

由于站区场地第（1）层土为厚0.6～0.9m的填土层，未完成自重固结。而第（2）层淤泥土较厚（厚3.90～5.20m），具流变性（天然含水率65.8%）、低强度（承载力特征值40kPa）、高压缩性（压缩模量最小1.78MPa）。按站区回填土方案，场地平整完成后，回填土（填土厚度较深处3.7m和原有人工填土层0.9m）自重荷载：

P=γh=18kN/m3×4.6m=82.8kPa>fak=40kPa

由此可见，原地基若不进行加固处理，在回填土荷载自重及上部建构筑物作用下，势必会发生地基破坏，产生沉降变形及不均匀沉降，致使建（构）筑物发生变形或严重破坏。

以下对填土产生的沉降量及软土的固结时间进行估算：

取软土层厚为5.2m，渗透系数K=6×10-7cm/s，淤泥的压缩模量Es=1.78MPa，上部填土自重p=82.8kPa，淤泥层最终沉降量为：

计算固结系数：

淤泥层下的基层为粉质粘土层，单面透水，计算时间因子为：

固结度为：

计算表明，场地在上述条件下完成自然沉降需要0.7年的时间，完成总沉降量的90.9%达到基本稳定。而在当前的变电站建设周期来看，完成场地平整后再等待几个月时间用于完成场地的自然沉降，时间显然过长。

3 地基处理方案选择

本变电站采用《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）～500kV变电站》分册中的方案220-C-1（10）。主要建（构）筑物包括：主控通信室、10kV配电装置室、220kV屋外配电装置、110kV屋外配电装置、主变压器基础、户外电容器组等。

由于站区建构筑物对地基要求不同，可根据需要采用既经济又能满足安全使用的地基处理方式。

基于以上原则，对几种适用于本工程条件的、有成熟技术和经验的地基处理方式（排水固结法、水泥土搅拌桩、钻孔灌注桩、预应力管桩）进行对比分析。

3.1 排水固结法

排水固结法主要用于解决地基的沉降和稳定问题。为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，设置竖向排水井（砂井或塑料排水袋），以加速地基的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短时期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；并加速地基土抗剪强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性。

依据采用的各种排水技术在实施时的差异，可以将排水固结法分为：砂井堆载预压、降水预压、电渗排水等方法。

3.1.1 在建筑场地进行堆填石土时，要对地基实施加载预压，这样可提前实现地基的沉降作业，进而通过地基土固结来增强地基承载能力，接着将预压荷载卸去，以避免建筑物基础发生部分均匀沉降。有时为了加快堆载预压的固结速度，经常配合砂井法同时作业，因此将该种方法叫做砂井堆载预压法。

3.1.2 将地基地下水用水泵抽出的方式来降低地下水位，以便降低孔隙水压力，使得有效应力提高，进一步使地基加固，这种方法称之为降水预压法。这种方法通常适用于饱和细砂地基和饱和粉土。

3.1.3 运用电渗作用方式将土中的水渐渐排出，这种方法称之为电渗排水法，该方法由于耗电量较大，因此仅在一些特殊情况下使用。

目前，降水预压法和电渗排水法应用还比较少。

3.2 水泥土搅拌法

水泥土搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法。该法施工速度相对较快，工艺相对简单，处理效果好。搅拌时无振动、无噪音、无污染，可在密集建筑群中进行施工，对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；与钢筋混凝土桩基相比，可节约钢材并降低造价。但其施工质量不易控制，尤其桩长15m以下质量难以保证。

3.3 钻孔灌注桩

这种桩的施工顺序是先用机钻钻孔，取出桩位处的土，然后灌注混凝土。

这种桩属非挤土或少量挤土桩，因此不会出现地面隆起或桩侧移的情况；施工时基本无噪音、无振动，也无浓烟排放，因而对周围的环境影响小；可设计成大直径灌注桩，不仅可以承受较大的竖向荷载，还能承受较大的水平荷载，增强建筑物的抗震能力；可从桩孔排出的土鉴别验证桩身范围内各层土的性质。

3.4 预应力管桩

预先在工厂制备好一定规格的预应力管桩，用压桩机在工地采用静压的方法把桩压入地基，形成复合地基，以达到加固地基的目的。预应力管桩复合地基具有较大的承载力。

该方法工业化生产程度较高，其管桩自身竖向强度大、质量好，施工周期相较其他方法较短，对环境污染小，造价便宜，在深埋持力层及深厚软土的二元结构地基中应用有着明显的经济和技术优越性，因此其社会前景十分广阔。而其缺点为：（1）属于挤土桩，因此在软土地基上建设时必须考虑其的挤土效应，以避免对周边建筑的影响；（2）预应力预制桩的作用是承载竖向压力，所以如果压力超过预制桩荷载时，容易出现桩体的横向断裂，因此在进行施工时，一定要注意大型机械不得触及桩身；（3）在桩体穿过较硬土层、密实粉层及一些诶砂土层时，过度的静压及锤击都可能造成桩体出现损坏。

4 结语

（1）为了提高地基承载力和降低压缩性，可整体采用真空预压法，提高承载力。此方法费用较低，但是耗时较长。该工程工期比较紧张，不宜采用，只能割舍。

（2）预制桩，由于施工周期短，性价比高，在工程中得到了广泛的应用。该工程位于市郊，工程施工需要考虑对周边村民生活的影响，站内主要建构筑物采用静压预制桩可以发挥静压桩噪音小、无污染、施工速度快的特点。

（3）站区道路工程量较大，而且处理深度要求不高，可以采用水泥土搅拌桩复合地基。

（4）进站道路两侧支挡方案同站内。围墙及边坡（特别是坡脚处）采用水泥土搅拌桩复合地基进行处理。

（5）施工过程中要切实做好降、排水措施。

参考文献

[1] 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2] 陈希哲.土力学地基基础（第三版）[M].北京：清华大学出版社，1998.

[3] 王恩远，吴迈.工程实用地基处理手册[M].北京：中国建材工业出版社，2000.

作者简介：徐光彬（1982—），男，湖北省电力勘测设计院工程师。