变电站工程地基处理方案的研究

张 群

新疆电力设计院 新疆 乌鲁木齐 830002

摘要：地基处理方案的确定是结构设计的重要环节。变电站建（构）筑物地基处理方案合理与否，不仅直接影响到变电站土建投资水平的高低，同时，地基处理方案的好坏也将影响变电站建构筑物的安全运行和建设周期，因此，确定地基处理方案时，应当综合考虑场地的岩土工程条件和各种地基处理方法的适用范围，并充分结合当地地基处理的成熟经验和施工条件，通过多方案的技术经济比较，选择合理的地基方案，力争做到符合安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境的原则。

关键词：地基承载力；压缩模量；自重湿陷性；场地土类别;场地设计地震动参数;地下水条件;场地不良地质现象;场地土的腐蚀性;地基处理方案；复合地基

1 场地岩土工程条件

1.1 地形地貌

水磨沟220kV变电站工程站址区域地貌为地貌单元主要为丘陵，地势起伏较大，总的地势表现为北高南低，西高东低，地面海拔高程850～870m，坡度为10%～15%，现阶段呈荒山林地景观，有人工挖掘的树坑。站址内分布多条东西向人工挖掘的土沟，中部存在一条南北向的土路，东北角有一约长4米、宽4米、深5米的人工挖掘的坑。

1.2 工程地质条件

水磨沟220kV变电站祥平荒山站址的地基土主要以粉土、碎石及泥质砂岩为主。现对站址主要地层概述如下:

①粉土: 灰黄、灰白色，稍湿，中密状态为主，局部呈稍密状态，切面无光泽，韧性及干强度低，局部含小砾石，夹有薄层粉砂、粉质粘土，表层0.5～1.0m左右多含植物根系，虫孔发育。在垂直方向上均表现出土体结构强度性质的不均匀性，具湿陷性，人工可以挖掘。该层在站区广泛分布，西南角厚度较大，东北角人工坑内缺失，该层厚度在5.0～18.0m，层底高程为846.60m～855.20m。

②碎石：灰黑色，稍湿，中密～密实状态，一般粒径3～8cm，含有块石，最大可见35cm，大于2cm的颗粒占总量的50%以上，颗粒间的充填物多为中粗砂及粉土，颗粒磨圆度较差，多呈棱角或次棱角状，由于含有大块石，人工挖掘困难。本层主要分布于粉土层下部，在东北角的人工坑内直接出露于地表，厚度0.5～5.0m，层底高程为852.90m～856.50m。

③强风化泥质砂岩：青灰色，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩质较软，裂隙发育，岩体呈碎块状，手可掰断，锤击声哑，人工难以挖掘。岩石坚硬程度分类为较软岩，岩体完整程度为破碎。该层主要分布于碎石层的下部，初见深度在5.0～18.0m，层顶高程为846.60m～856.50m。

粉土：fak=120～140kPa，γ=15～17kN/m³，Φ_k=25～30°，

C_k=15～20 kPa ，Es=5～8MPa

碎石：fak=400～450kPa，γ=20～22kN/m³，Φ_k=35～40°，

E₀=30～35MPa

强风化泥质砂岩：fak=250～350kPa，γ=19～21kN/m³，

Φ_k=35～40°，E₀=30～35MPa

1.3场地土类别

根据场地土的性质以及已有资料中有关拟选站址的资料，结合《变电所岩土工程勘测技术规程(DL/T5170-2002)》可以判定站址西部场地土类型为中软场地土；中、东部场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为II类。拟建场地属抗震一般地段。

2 地质条件最主要的特点

根据上述对于岩土条件的论述，可以发现本站址地质条件最主要的特点是：

（1）场地土粉土具有II～III级（严重）自重湿陷性，厚度5～18米；承载力120～140kPa，压缩模量5～8MPa，属中等压缩性土质。

（2）在站址区域表层粉土分布广泛，西南侧厚度较大，且其在垂直和水平方向上分布具有不均匀性，厚度变化大；

（3） 地下水埋深在大于20.0m，可不考虑地下水对建构物的影响。

3 地基处理方案比选

根据65-WA04391K-G03《岩土工程勘测报告》，针对拟建场地的不良地质特性，根据本工程具体的情况，并结合以往的工程经验，对于消除本工程粉土湿陷性，推荐的方案有 :(1) 强夯法；(2) 人工挖孔灌注桩；(3) 钻孔挤密桩（DDC工法）复合地基。现就以上几种地基处理方法进行综合论述：

3.1强夯法

强夯法是目前处理湿陷性土、承载力较低的松散砂土等地层常用的一种方法，该方法具有设备简单、成本低、技术比较成熟等优点。此方法仅是部分消除基底下湿陷性土层的湿陷性，根据工程经验，强夯法的处理深度一般在3～7m。消除湿陷性土的有效深度，应根据试夯测试结果确定。

因本工程湿陷性粉土土层厚度5～18m米，而强夯法处理深度有限，且地基处理周期较长，场地土需要在站内多次倒运。且站址区黄土状粉土的含水量较低，强夯受地基水的含水量限制，强夯效果难以确定。同时在施工过程存在挖土费用，现场施工管理难度较大，且此方法无法全部消除场地的湿陷性，故不建议采用此方法。

3.2 人工挖孔灌注桩

本工程站址地貌单元主要为丘陵，地势起伏较大，地下水位底，主要土层为粉土层，具有湿陷性。可采用人工挖孔扩底灌注桩，能较好的消除基底粉土的湿陷性和提高地基承载能力，但不能完全消除场地的湿陷性（未做桩的区域），且工程造价较高，人工挖孔扩底灌注桩施工难度较大，工期较长。

采用人工挖孔扩底灌注桩方案如下：

（1）本工程对生产综合楼的生活用房、警卫室、水泵房、蓄水池、220kV构架、220kV GIS 设备基础、主变构架、主变基础、设备支架基础、独立避雷针等建、构筑物，拟采用直径0.8和1.2米的挖孔灌注桩，主筋采用16Φ18和22Φ18。

（2）对围墙、道路、电缆沟、建筑物内屏柜基础等构筑物，分别在基础下设置了0.3～0.5米的灰土垫层。

（3）施工完毕后，在变电站场地地表设置0.3米厚的灰土封闭层，可起到防水、隔水作用，防止水下渗，引起下部未处理土层的湿陷变形。

3.3 钻孔挤密桩（DDC工法）复合地基

针对不同的构筑物选用不同的处理方式，处理方案如下：

（1）对主控通信楼、生产楼、主变构架、变区限流电抗器及支架、主变压器基础、220kV构架、220kV GIS设备基础部分采用3:7灰土挤密桩的处理方式，桩径0.6米，桩间距0.9～1.1米，桩长5～12米。在桩顶设置0.5米厚的灰土褥垫层。

（2）对警卫室及水泵房、电容器组、独立避雷针、事故油池、蓄水池、围墙、道路、电缆沟等采用素土挤密桩的处理方式，桩径0.6米，桩间距1.1米,桩长5米。在桩顶设置0.5米厚的灰土褥垫层。

（3）对围墙、道路、电缆沟等构筑物，分别在基础下设置了0.3～0.5米的灰土垫层。

（4）施工完毕后，在变电站场地地表设置0.3米厚的灰土封闭层，可起到防水、隔水作用，防止水下渗，引起下部未处理土层的湿陷变形。

（5）如场地含水量不满足要求，需进行增湿处理，使增湿后的地基土平均含水量应接近最优含水量。场地土增湿采用砂井分层增湿方法，增湿孔应结合各分区布桩图和灰土垫层布置图，按间距1.5m，正三角形布置。增湿孔布置范围不应超出灰土垫层的范围，最外孔中心距离灰土垫层边线不应小于500mm。成孔孔径应为φ130～φ150mm。成孔深度应比相应范围的桩长少2米。

4 拟建工程地基处理方案经济指标及方案的确定

4.1 地基处理经济指标一览表

4.2 地基处理方案的确定

根据《岩土工程勘测报告》，本工程可采用强夯法、人工挖孔灌注桩和挤密法处理地基土的湿陷性。强夯法处理深度有限，无法满足本工程需要；人工挖孔灌注桩能较好的消除基底粉土的湿陷性和提高地基承载能力，但不能完全消除场地的湿陷性（未做桩的区域），且工程造价较高，施工难度较大，工期较长；钻孔挤密桩（DDC工法）复合地基在消除黄土湿陷性的同时，也大幅度提高了地基的承载力，大幅度降低渗透的性能。就本变电站地质情况来看，通过以上三种地基处理方式的分析，结合本工程的地层构造，对其进行分析，经综合比较，钻孔挤密桩（DDC工法）复合地基方案较适合，可以有效处理本工程场地粉土的湿陷性。故本工程推荐选用钻孔挤密桩（DDC工法）复合地基进行地基处理。

参考文献：

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范〔S〕.

[2]编写组.工程地质手册(第四版)〔K〕.北京:中国建筑工业出版社2006.