某500 kV 变电站地基处理方案研究

丛培瑞　崔进波

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南　250013)

某500 kV 变电站地基处理方案研究

丛培瑞崔进波

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013)

摘要:某500 kV变电站场地粉砂具有湿陷性，通过综合比较各种地基处理方法的优缺点和可行性，制定合理的地基处理方案，同时，针对GIS基础对沉降非常敏感的特点，采取合理措施，减少基础沉降，取得了良好的效果。

关键词:湿陷性，地基处理，变电站，GIS基础

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到变电站的安全运行和建设周期，因此，选择适合具体工程地质条件、经济合理的地基处理方案，对变电站土建设计人员来说是一项十分重要的工作。

1　工程地质条件

某500 kV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0.6 m～3.3 m，层底标高1 265.82 m～1 277.3 m，层厚0.6 m～3.3 m，平均层厚1.75 m。

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1.5 m～3.8 m，揭露层底标高1 265.0 m～1 275.2 m，揭露层厚0.3 m～2.1 m，平均揭露层厚0.94 m。

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2.5 m，最大层底埋深5.5 m，最低层底标高为1 269.2。

各层物理力学指标推荐见表1。

表1　土层物理力学指标

2　地基处理目的及处理范围

根据文献［1］，变电站工程各类建(构)筑物按湿陷性影响可分为三类，见表2。

表2　建(构)筑物按湿陷影响分类

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［1］［2］，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。

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1 m～3 m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0 m～6 m，基础埋深通常为1.6 m，湿陷性土层深度为0 m～4.4 m。可以采用3∶7灰土换填垫层进行处理。

2)强夯法。强夯法是将80 kN～400 kN重的锤起吊到10 m～20 m(最高可达40 m)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3 m～12 m。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0 m～6 m，3 m以上区域可以采用强夯法进行处理。

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5 m～15 m的湿陷性黄土。

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

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0 m～6 m，钻孔灌注桩基础不适用。

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10 m，自重湿陷量的计算值不小于500 mm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。

表3　经济指标比较表

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。

图1　湿陷性土层厚度

由上文分析，土层厚度3 m以上时，可以采用强夯进行地基处理，处理范围见图2。

图2　强夯地基处理范围

地基处理方案为:强夯:面积27 000 m2，主夯夯击能2 000 N· m，10击;拍夯夯击能1 000 N·m，5击;满夯夯击能1 000 N·m;换填: 3∶7灰土换填共13 100 m3，土方不外购。

5.2 GIS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20 mm，包括大板本身任意两点间、套管基础间、大板与套管基础间。

500 kV 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0 m～4 m，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［3］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。

图3　GIS基础规则化布置（虚线为常规布置方案，实线为规则优化后）

图4　GIS基础断面图

6　结语

经过对适用于本工程湿陷性地基特点的地基处理方案进行技术经济比较，推荐采用强夯+换填垫层法地基处理方案。500 kV GIS基础对地基沉降较为敏感，地基处理后对上部结构采取措施。采取以上处理方案后，该500 kV变电站现已建成一年，运行情况良好。

参考文献:

［1］GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］.

［2］裴增壮，艾兵，阳佳林，等.湿陷性黄土地基处理方案比选与设计［J］.建筑技术，2014，45( 7) :596-598.

［3］贾鹏，刘峰.750 kV GIS基础设计优化［J］.青海电力，2011，30(专刊) :15-17.

Research on the ground treatment scheme of a 500 kV substation

Cong Peirui Cui Jinbo
( Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd，Jinan 250013，China)

Abstract:In a 500 kV substation，the soil in the site is collapsibility silt.Through the comprehensive comparison of the advantages and feasibility of various ground treatment methods，a reasonable foundation treatment scheme is formulated，at the same time，because the GIS foundation is very sensitive to the settlement，the reasonable measures are taken to reduce the foundation settlement，achieved good effect.

Key words:collapsibility，ground treatment，substation，GIS foundation

作者简介:丛培瑞(1983-)，男，硕士，工程师，一级注册结构工程师;崔进波(1986-)，男，硕士，工程师

收稿日期:2015-11-26

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0056-02

中图分类号:TU472

文献标识码:A