浅析变电站工程地基处理方案选择

浅析变电站工程地基处理方案选择

廖彬

广东力信电建工程有限公司

摘要：本文结合某变电站工程实例，对该工程地质条件进行了分析，对各种地基处理方案技术进行了比较，并通过综合比较结果，选择合理的施工技术对地基处理方案进行了设计，该地基处理方案取得了良好的成效，可供类似工程施工参考。

关键词：变电站；地基处理；方案选择

随着我国国民经济的快速发展，对电力需求也日益增加，变电站工程的建设越来越多。为遵循节约用地、集约用地的原则，许多变电站工程施工场地处于软土地区，若处理不当，将会导致变电站工程后期出现较大的沉降，极大影响到变电站基础的稳定，并对变电站的安全、稳定运行构成威胁。因此，对变电站工程的地基处理展开研究具有十分重要的意义。

1工程地质条件

某变电站站区地层岩性及其分布和特性自上而下描述如下:①粉砂:黄褐色，稍密，稍湿，矿物成分主要为石英、长石。偶夹砾砂薄层。表层夹微胶结的粉土薄层。主层①普遍分布于拟建站区表层。层底埋深0.6m～3.3m，层底标高1265.82m～1277.3m，层厚0.6m～3.3m，平均层厚1.75m。

其下为②层页岩，按其风化程度可划分为2个亚层。分述如下:②1强风化页岩:褐黄～灰黑色，局部呈铁锈红色。层状结构，泥质碎屑沉积。多节理，处强风化状态。②1层普遍分布于站区。

该层相对较坚硬，人工难以挖掘，本次仅在背包钻孔揭露该层。揭露层底埋深1.5m～3.8m，揭露层底标高1265.0m～1275.2m，揭露层厚0.3m～2.1m，平均揭露层厚0.94m。

②2中风化页岩:褐黄～灰黑色，局部呈铁锈红色。碎块状结构，少节理，处中等风化状态。②2层普遍分布于站区。本次勘探未揭穿该层。最大揭露厚度2.5m，最大层底埋深5.5m，最低层底标高为1269.2。

各层物理力学指标推荐见表1。

对甲类建筑物应消除地基的全部湿陷量或采用桩基穿透全部湿陷性黄土层；对乙类、丙类建筑物应消除地基的部分湿陷量。

依据规范及上部结构的要求，天然地基不能满足，需做人工地基以消除或降低地基湿陷性，提高地基承载力。

3地基处理方案技术比较

根据文献，处理湿陷性地基的主要方案有垫层法、强夯法、预浸水法、挤密法、桩基础等。

3.1垫层法

垫层法适用于地下水位以上的湿陷性地基的处理。垫层法根据所采用的垫层材料分为土垫层法和灰土垫层法。当仅要求消除基底下1m～3m的湿陷性黄土的湿陷量时，可采用局部土垫层进行处理，当同时要求提高垫层土的承载力和增强水稳定性时，可采用整片灰土垫层进行处理。

本工程场平后，湿陷性土层厚度为0m～6m，基础埋深通常为1.6m，湿陷性土层深度为0m～4.4m。可以采用3:7灰土换填垫层进行处理。

3.2强夯法

强夯法是将80kN～400kN重的锤起吊到10m～20m(最高可达40m)高处而后自由下落，对土进行强力夯实，以提高其强度，降低其压缩性和消除其湿陷性。强夯对地基土湿陷性的消除效果明显，一般处理深度为3m～12m。强夯法适用于土的饱和度Sr≤60%的湿陷性地基的处理。

本工程湿陷性黄土层厚度为0m～6m，3m以上区域可以采用强夯法进行处理。

3.3挤密法

土桩、灰土桩挤密法是利用沉管、爆扩、冲击或钻孔夯扩等方法，在地基土中挤压成桩孔，迫使桩孔内土体侧(横)向挤出，从而使桩周土体得到加密；随后向桩孔内填入素土或灰土等廉价填料夯实成桩。土桩、灰土桩等挤密地基是由桩体和桩间挤密土组成的人工复合地基，共同承担上部荷载。挤密法适用于地下水位以上，土的饱和度Sr≤65%的湿陷性地基的处理，处理深度5m～15m的湿陷性黄土。

本工程湿陷性黄土层厚度为0m～6m，大部分区域小于5m，不采用挤密法进行处理。

3.4桩基础

桩基础法是采用一定长度的桩穿越湿陷性土层，使上部结构荷载通过桩尖传到坚实的非湿陷性土层中去，这样即使地基受水浸湿，也可以完全避免湿陷的危害。

本工程湿陷性黄土层厚度较薄，为0m～6m，钻孔灌注桩基础不适用。

3.5预浸水法

预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在施工前挖坑进行大面积浸水，使土体预先产生自重湿陷，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深层土层的外荷湿陷性，它适用于处理厚度大、自重湿陷性强烈的黄土地基，是一种比较经济有效的处理方法。

预浸水法宜用于处理湿陷性黄土厚度大于10m，自重湿陷量的计算值不小于500mm的场地。浸水前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。

站址区多属于Ⅰ级非自重湿陷场地，因此预浸水法不适用于本工程。

4地基处理方案经济比较

经过上述各方案技术分析，挤密法、桩基础及预浸水法在本工程中不适用，故本工程不推荐这三种方案。本工程可采用全部换填垫层和强夯+换填垫层两种方法对地基进行处理，对两种方案进行经济比较，结果见表3。

通过对两种方案的经济比较，可以看出采用强夯+换填垫层法进行地基处理所产生的费用低于仅采用换填垫层法的费用。

5地基处理方案设计

5.1地基处理方案

根据岩土工程勘测报告，估计湿陷性土层深度后，结合设计场平高度，站区需要处理的湿陷性土层厚度如图1所示。

地基处理方案为:强夯:面积27000m2，主夯夯击能2000N•m，10击；拍夯夯击能1000N•m，5击；满夯夯击能1000N•m；换填:3:7灰土换填共13100m3，土方不外购。

5.2GIS基础特殊处理方案

变电站内建、构筑物种类较多，根据不同用途，结构重要性等级、抗震等级不同，对地基强度及变形的要求也各不相同。此外，为保证设备正常运行，电气专业对变电站内的GIS基础沉降及不均匀沉降要求很严，高于土建规范规定，因此GIS基础的沉降设计对本工程尤其重要。

设备厂家对GIS及套管的基础沉降都有较严格的规定，一般厂家要求:任意两点间的相对沉降差值小于20mm，包括大板本身任意两点间、套管基础间、大板与套管基础间。

GIS对变形要求太严格，并且为长条形，占地面积较大，难以避开回填区域，只能将其布置于半挖半填区域，回填区域深度约0m～4m，设计时采取相应的措施，避免产生不均匀沉降。

地基处理后对上部结构进行优化，采取能抵抗不均匀变形的措施。1)按照电气设备布置方案，GIS平面布置很不规则，基础的整体性不好。参考文献基础设计时将GIS基础底板规则化，有埋件处设计为支墩，在不增加混凝土量的情况下，增加GIS基础整体性，减少基础的不均匀沉降；2)GIS大板基础顶面和底面分别配双层双向钢筋网，增加大板基础的柔性；3)下部采用3:7灰土，一是阻挡地表水的下渗，二是增强表层地基的均匀性。GIS基础规则化布置见图3，GIS基础断面图见图4。

6结语

综上所述，变电站工程的地基处理直接关系到变电站基础的稳定，并对变电站的安全运行具有较大的影响。因此，在变电站工程地基处理中，相关技术人员要对工程的地质情况进行分析，对各个地基处理方案进行综合比较，从而选择最优的处理方案进行施工，确保变电站工程的地基处理效果，保障变电站的安全、稳定运行。

参考文献

[1]纪明,马云飞,周玉梅.天津市某变电站工程地基处理方案选择[J].工程质量.2014(S1)

[2]哈金福.变电站工程地基处理的实践与机理探讨[J].科技风.2014(17)