变电站分期建设主变基础问题探讨

马福雷 唐 洁 鲍立华

在变电站建设前期，往往考虑到投资的回收及初期的负荷水平，特别是受限于资金的情况时，一般都是按最终规模进行设计规划，实施建设分期进行。随着设计水平的提高及电气设备集成化的发展，变电站布局越来越紧凑，而建(构)筑物的紧凑布置也因此给后期建设带来了一些问题。在扩建工程中新建主变基础与前期主变防火墙基础越来越近，在复杂地质情况及雨季施工时新建基础施工对原有主变及防火墙的影响不容忽视。为防止给安全生产带来隐患，现就对某220 kV变电站扩建工程雨季施工时基坑出现的“孔洞”现象的分析及处理，谈谈类似工程的施工措施和主变分期建设的基础设计问题。

1 工程实例

某220 kV变电站主变采用分期建设，规划 3台主变，一期已建设1台主变，本期建设1台主变。

1.1 工程地质情况及设计概述

主变地基土层分布:①黏土，厚度 0.6 m～1.2 m，fak=140 kPa;②粉土，厚度 3.2 m～4 m，fak=120 kPa;③粉土，厚度0.9 m～1.6 m，fak=90 kPa;④淤泥，厚度 0.8 m～1.2 m，fak=70 kPa;⑤黏土，厚度 4 m～ 4.8 m，fak=140 kPa;⑥粉土，厚度3.7 m～5.6 m，fak=180 kPa。一期设计场地填土约1.4 m，主变筏板基础埋深2.0 m，防火墙条形基础埋深1.8 m，一期已采用水泥土搅拌桩对3台主变地基进行处理，远期工程桩头未处理。本期设计主变筏板基础埋深2.0 m，防火墙条形基础埋深2.0 m。

1.2 “孔洞”现象及形成原因分析

本工程施工时正值雨季，主变基础开挖后遭遇连续降雨，雨后发现一期防火墙侧基坑侧壁底部有若干孔洞，孔洞位于每两个搅拌桩桩头之间，黏土层下方，孔底位于基坑底部且标高低于防火墙基础褥垫层，如图1所示。“孔洞”现象的形成是基坑开挖后连续降雨，基坑周围雨水未及时下渗，从而造成地下水径流路径的改变，产生基坑内外水头差。在高水头差的作用下出现渗透变形，当水头梯度(或渗透力)达到一定值以后，粉土层的细小颗粒逐渐被水流带出形成的基坑流土现象[1]。若基坑存水，为赶工期采取基坑直接抽水[2]，则基坑周围与基坑内水头差增大，雨水进一步向基坑渗流，从而加剧“孔洞”现象。

1.3 “孔洞”现象的危害

若流土严重，防火墙基础褥垫层下粉土层便会因粉土流失形成孔洞，从而使孔洞上部土体失去支撑，应力状态发生变化。若孔洞顶板上方土体厚度小于临界厚度[3]，则会使褥垫层内应力损失，甚至使褥垫层丧失承载能力，使防火墙发生不均匀沉降，危害正在带电运行的一期主变压器，给安全生产带来严重隐患。

1.4 “孔洞”现象的处理措施

由于孔洞在基础下的发展情况难以全面掌握，普通灌注混凝土难以使深部孔隙振捣密实并且难以对孔洞上壁施加应力，为使水泥浆液充填到土洞和土洞周围土层的孔隙中，确保地基稳定和建筑物安全，本工程拟采用高压灌浆法对孔洞进行处理。灌浆法加固松散、软弱地基的原理主要是利用压力把浆液材料注入需加固土层的孔隙中或挤开软弱土层，待浆液凝固后，使土层的力学强度和变形模量得到提高，达到防止地基沉降的目的[4，5]。灌浆技术具有施工简便、造价低廉、工期短、效果显著等综合优点。

由于该工程主变基础的浇筑，施工单位已暂时将孔洞口用商品混凝土封堵，后期加固具体方案如图2所示，在防火墙基础侧洞口位置处打孔高压灌浆。

2 防止“孔洞”现象的主要施工措施

为防止“孔洞”现象的出现最主要的一点就是避免在雨季施工，但是很多工程工期紧，任务重，雨季施工不可避免。

由于科学技术的限制，气象部门并不能及时提供准确的预测服务，暴雨等恶劣气象往往不期而至，雨季施工的不确定性给施工的准备和防范提出了更高要求。

防止“孔洞”现象的主要雨季施工措施如下:1)施工前应了解地质情况，土层分布及地基处理措施，编制雨期施工计划，制定出具体措施，并根据工程情况准备一定数量的防雨、降水材料和机具，以备急用。2)雨期施工的工作面不宜过大，基坑应严禁超挖，基础应根据深浅分期完成。雨季前夕开挖的工程应加大放坡，并做好支护方案保证边坡稳定。3)若基坑积水，不可盲目在基坑中抽水，应根据地质情况采取有效降水措施。4)应对基坑和一期相邻基础经常观察，做到有问题及时发现，及时处理。

3 主变分期建设的基础设计问题

在主变分期建设工程中，扩建主变基础的施工对前期主变防火墙基础在某些条件下存在一定的影响。特别是在不良地质条件下，如基础下存在无黏性土土层，雨季施工时可能产生“孔洞”现象。在这种情况下，主变基础考虑采用防火墙基础深埋阻水法和埋深递减法设计。

3.1 防火墙基础深埋阻水法

如图3所示，在新建变电站主变设计时防火墙基础适当深埋，二期主变基坑开挖时，一期防火墙基础便会形成一条阻水带，防止流土发生。由于一期防火墙基础埋置较深，即使二期主变基坑产生“孔洞”，也不会发展至防火墙基础底部，从而保障一期主变压器的安全运行。

3.2 埋深递减法

如图4所示，在新建变电站主变设计时防火墙基础与主变基础形成深埋相同区域，二期、三期主变区基础埋深适当递减。此法同样具有防火墙基础深埋阻水法的作用，并可在扩建工程中根据一期设计情况和地质情况应用。

4 结语

1)本文通过工程实例对扩建主变时基坑侧壁产生的“孔洞”现象的原因、危害进行了分析，并提出了处理方案。2)提出了防止“孔洞”现象的主要施工措施。3)为减小“孔洞”现象的危害，从主变分期建设的角度提出了主变基础设计的防火墙基础深埋阻水法和埋深递减法。

[1] 鞠远江.流土灾害的形成机理与治理[J].水土保持研究，2007，14(2):143-144.

[2] 谢忠球，万志清，钱海涛.人工抽水引起土洞扩展条件的分析[J].吉林大学学报(地球科学版)，2007，37(4):778-782.

[3] 刘之葵，谢永雄.岩溶地基土洞塌陷评价及处理[J].灾害学 ，2007 ，22(3):78-79.

[4] 林维海，黄志华.高压水泥浆注浆处理地基沉降实例[J].广东科技，2006(3):53-54.

[5] 李 群.用高压喷射注浆法对事故进行处理[J].福建建筑，2007(9):78-79.