某500kV变电站工程软基处理方法浅析

□张晔楠

浙江沿海地区以软土地基为主，在软土地基上建设电力工程，对基础沉降特别是不均匀沉降要求很高。基础的一点点小的不均匀沉降，都会导致电力设备歪斜，不能正常工作，甚至拉断电缆，造成大面积停电。浙江是经济强省，电力需求旺盛，很多电力工程的施工周期越来越短，而电力工程又必须严格控制地基沉降，这就对基础处理提出了很高的要求，本文以某500kV变电站工程为例，分析探讨在满足强度要求的前提下，如何缩短工期并避免差异沉降。

1.工程概况

1.1 建设周期短

某500kV变电站工程位于浙江东部地区沿海某岛，为满足其本岛负荷建设，以改善此岛220kV电网结构，提高电网可靠性。另外，在该岛上已经建设完成1座大型火力发电站，考虑此电厂二期2×1000MVA机组配套输出，希望尽快完成电厂的输配电设施，减轻东部的用电负荷，因此该500kV变电站关系着该发电厂电能能否尽快输出，时间和任务相当紧迫。2007年9月该工程选址，2008年4月打桩施工，2009年5月底建成投产，工程建设周期仅1a多（500kV变电站的建设周期一般为3a）。

1.2 工程地质情况复杂

某500kV变电站站址区场地原为滩涂围填塘，站址浅部地基土由人工回填土及淤泥组成。其岩土工程性质很差，具有淤泥深厚、软弱、欠固结、高压缩性、承载力低等特性。淤泥饱和、流塑、分布稳定，厚30m左右。

1.2 .1回填土深厚

站址场地原为滩涂围填塘，在变电站建设前已于2005年由周边已建成的某电厂大部分回填，厚0.9～4.0m，变电厂建设时，仅主控通信联合楼部位仍为围填塘。根据地质报告，(0)层杂填土表面已硬化，为0.10～0.15m 厚混凝土浇筑层，下部主要为以漂石、块石为骨架，中间填充碎石、角砾及少量黏性土，块石直径一般约0.5～1.0m，最大径约1.2m左右。站址场地内自然标高为3.15m～3.60m，站址百年一遇最高内涝水位为3.60m，考虑与电厂北侧现有道路引接，站址场地平均设计标高为4.00m，场地在电厂建设时平均回填2.8m，变电站建成后回填0.7m，回填土厚度共计3.5m。电厂建设时回填的杂填土松散且深厚，给变电站的地基处理带来难度。

1.2 .2未进行处理时场地沉降情况

考虑整个场地情况，回填土厚度按3.5m计，前期2.8m回填土在施工进场前就已经回填，该部分回填土的密实度直接影响场地的沉降量。在大面积回填土作用下，下卧软土层产生固结沉降，场地沉降按太沙基一维固结理论计算，单面排水。计算主要参数见表1。后固结度达到60%左右，固结变形沉降量为937mm，50a内各年理论计算沉降量和沉降曲线见表2和图1。

表2 场地沉降量一览表

图1 场地沉降曲线

2.地基处理方案

表1 计算主要参数表

在假定回填土回填密实不产生压缩变形的前提下，场地自然固结，经计算最终固结变形沉降量为1470mm。50a

2.1 软基处理方法

目前处理软土地基的主要方法有真空预压排水固结法、预应力混凝土管桩法，如果淤泥厚度不大，还可以采用挖除淤泥或者换土置换法进行处理。

2.2 地基处理方案确定

根据本工程实际情况，在可行性研究阶段，考虑场地地质条件复杂，推荐

用真空预压排水固结法加预应力混凝土管桩的地基处理方案。先破碎和挖掘清除表部杂填土，然后搭设塑料排水板，再埋设滤水管道和密封膜。该施工过程约需工期1.5个月，另真空预压过程约需3个月。通过场地预处理，淤泥质软土固结速度明显加快，含水量下降，承载力和抗剪强度提高，可直接作为围墙、站内道路、设备支架、电缆沟及其他一般建筑构筑物基础的持力层。对荷载较重及沉降要求较高的主控通信联合楼、主变基础、GIS和HGIS基础等主要建（构）筑物仍需采用预应力管桩PC500（100）进行地基处理，管桩打设施工周期仍需1.5个月，总的施工周期约6个月，施工周期较长，工程建设进度较难保证。

在施工图设计阶段，对“真空预压地基加管桩”和“预应力管桩”两种地基处理方案进行了技术经济比较。预应力管桩方案对主要建（构）筑物以预应力混凝土管桩处理，对次要构筑物以控制沉降为主，采用PC管桩、PTC薄壁管桩进行疏桩处理，施工周期约3个月。该方案能有效处理和控制变电站内建（构）筑物的沉降问题，满足变电站的实际使用功能，但投资相对较高，站区未经处理的场地沉降较大。考虑到该方案施工周期较短，且较易掌握工程时间并能控制场地沉降，变电站主要建（构）筑物地基处理方案最后明确采用预应力混凝土管桩方案处理。

2.3 桩基处理设计思路及原则

在确定整个变电站场地采用预应力混凝土管桩处理方案后，根据场地中各种不同建（构）筑物的荷载和使用功能，确定了桩基处理的具体方案：变电站主控通信联合楼、500kV构架、220kV构架、主变构架及防火墙、主变母线构架、500kVHGIS及220kVGIS基础等主要建（构）筑物基础荷载大，沉降要求高，设计采用预应力混凝土管桩处理，桩长45m和36m。对设备支架基础采用PC管桩处理，以控制沉降为主，桩长12m。对电缆沟、围墙、主变油坑次要构筑物采用PC管桩、PTC薄壁管桩进行疏桩处理，以控制沉降为主，桩长12m。道路采用桩托板，管桩顶设置1.0m×1.0m×0.3m钢筋混凝土桩帽，上部铺设碎石层及土拱格栅等水平加筋体，形成土拱效应，减少道路沉降。电缆沟采用钢筋混凝土结构，利用电缆沟侧壁作为深梁，增加整体性能，控制沉降。

2.4 未处理场地地基处理防范措施

一是主要建筑物地面均采用架空钢筋混凝土楼板，防止地面沉降开裂。二是场地设备支架设置电缆检查井，避免场地沉降过大引起的电缆拉紧。三是入口处台阶采用钢筋混凝土结构，并打桩，散水采用钢筋混凝土挑板的做法，避免了开裂和沉降。四是场地主要雨水管网布置在道路下的托板桩上，减少因沉降引起的管道剪切破坏。五是主控通信联合楼站前区为避免与站内道路产生过大的沉降差，也采取了与道路相同的托板桩设计。六是站区道路路面在过道路电缆隧道、水工管道上方及雨水检查井周围1.0m范围内设置钢筋网。七是GIS场地和场地电缆沟之间、主控通信联合楼室内外电缆沟之间设置沉降伸缩缝。八是电缆沟在伸缩缝处的接地扁钢连接采用软导体连接，避免拉裂。九是主变油坑采用PC-A400(75)处理，桩长 12m，油坑底板和侧壁均采用钢筋混凝土结构，避免过大沉降。

3.工程运行中存在的问题、原因分析及处理对策

在变电站投产10个月后，变电站内主要建（构）筑物沉降稳定，能满足生产工艺的要求。但仍存在一些问题，主要是35kV避雷器顶部端子拉断，电压互感器顶部导线存在拉紧的现象。

站内主变场地自然标高约为3.14~3.61m左右，站址场地设计标高4.00m。根据地质资料，2#主变场地在电厂建设时回填约为2.8m，变电站建成后又回填0.7m，回填厚度共计3.5m左右，1#主变部分回填土厚度相对较小，在2.8m左右。

主变场地填土分两次回填考虑，第一次考虑2005年电厂建设时，已有回填土约2.8m，填土荷载为56kN/m2,第二次回填在2008年，压实厚度在0.7m，填土荷载为14kN/m2。管母构架承台单桩桩长36m，打入粉质黏土层，桩顶荷载45kN；设备支架承台单桩桩长12m，打入淤泥层，桩顶荷载76kN；两种桩均为摩擦型桩。

在大面积填土荷载和自身桩顶荷载作用下，地基土产生大范围固结沉降，管母和设备支架由于两种承台不同桩长的影响产生了不均匀沉降。在场地大面积堆载10个月后，经理论计算，35kV管母和设备支架承台之间最大沉降差4cm。20a后35kV管母和设备支架承台之间最大沉降差20cm，设备支架承台的最终沉降为 38cm，沉降差为 18cm；50a后35kV管母和设备支架承台之间最大沉降差28cm，设备支架承台的最终沉降为61cm，沉降差为33cm。考虑施工期间场地土扰动等因素，实际两者之间的沉降差数据可能更大。

分析本工程中产生的35kV避雷器顶部端子拉断，电压互感器顶部导线存在拉紧的现象。单就管母构架而言，由于其荷载较大，故桩基处理时，设计桩长较长（36m），这样才能满足管母构架的承载力和沉降要求；而单个设备支架荷载较小，在地基处理时，只需较短的桩长（12m）就能满足单个设备支架荷载的要求。变电站建成投产10个月，通过现场观测，35kV管母构架和设备支架承台产生了不均匀沉降。发现问题后，经理论计算，35kV管母构架和设备支架承台之间最大沉降差为4cm；随着时间的增长，20a后35kV管母构架承台的沉降为20cm，设备支架的沉降为38cm，沉降差为 18cm；50a后，两者之间的沉降差为33cm；若考虑施工期间场地土扰动等因素，实际两者之间的最终沉降差可能更大。通过这个工程也可以看出，变电站中的设备不是独立存在的，设备支架上的设备是与管母支架相连的，形成一个完整的电力网络系统，差异沉降，就会使相邻设备之间导线拉紧甚至拉断，从而造成事故。变电站中的所有设备是一个整体，设计时不仅要满足单独设备的承载力和沉降要求，还要从整体考虑各设备之间的不均匀沉降和沉降差，严格控制差异沉降。

4.结语

第一，类似该变电站这样，地质条件特别复杂的工程，建议应有一个合理的设计施工周期，毕竟任何地基处理措施都需要一个固有的周期，单一追求工期是不行的，同时要采取更能全面处理地基的加固方案。第二，类似变电站这种工程，整体性要求非常高，沉降差控制比较严格，场地内建（构）筑物在采用长短桩处理时，应引起足够的重视，注意相近设备之间的沉降差，控制沉降差在电气设备和导线允许范围内。第三，对于沿海软土地基，要加强全站的沉降监测，保证测量数据的一致连贯性，从而为校核设计提供充分的依据。□