湖北某220kV 变电站地基处理方案研究

程春健 赵李源

(1、湖北省华网电力工程有限公司，湖北 武汉 430040 2、中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)

1 工程概况

1.1 项目位置

该220kV 变电站位于咸宁市崇阳县铜钟乡马桥村，北侧距离崇阳县约8.2km，距离杭瑞高速G56 约3.8km，东侧距崇阳县至铜钟乡的旅游公路约90m。

1.2 站址地形条件

站址地貌属于低丘地貌，呈缓坡状，自然地面标高约74.12～86.39m，最大高差在12.3m 左右，南侧和东侧地势相对较高，北侧和西侧地势相对平缓。地表分布密集的杂树林、杉树林、竹林，场地中种植了花生、大豆等农作物，其中有孤坟零星散布。

1.3 工程地质条件

该站址内岩土层主要分布有第四系上更新统冲洪积成因（Qel+dl）黏性土，全新统湖积（Q4l）淤泥，下伏（T2jl）中风化灰岩。按成因、类型、力学强度差异性等由上而下可分为：

（1）素填土：黑灰色，松散，稍湿，主要成分为黏性土，夹杂少许碎石和植物根系。整个场地均布，土层厚度在0.40～1.30m 之间。

（1-a）淤泥：黑色、褐黑色，流塑，饱和，含有大量有机质，臭味明显，涂层厚度0.6～1.7m。

（2-1）黏土：红褐色，可塑，稍湿，具有红黏土特性，层厚0.50～2.40m。主要分布于站址西北侧低洼地段，位于（1）层之下。

（2-2）黏土：红褐色，硬塑，稍湿，干强度较高，具有红黏土特性，局部含少量灰岩碎石。层厚0.90～13.40m。全场分布，位于（1）层和（2-1）层之下。

（2-3）黏土：红褐色，可塑，稍湿，具有红黏土特性，局部含少量灰岩碎石。层厚0.50～5.00m。位于（2-2）层之下。

（2-4）黏土：红褐色，软塑～流塑，很湿～饱和，层厚0.50～3.80m。场地内局部区域分布。

（3）灰岩：青灰色，灰色，大部分为中等风化，结构为隐晶质，构造为中厚层状。基岩面起伏局部变化较大。岩体较完整，岩性致密坚硬，RC=32.2MPa，分类为较坚硬岩，基本质量等级划分为Ⅲ级。岩体有一定的溶蚀现象，部分位置溶沟、溶槽较发育，钻进过程中部分孔位出现掉钻、漏水现象。层顶埋深2.50～17.50m，本次钻探未揭穿。最大揭露厚度为12.1m。

（3-a）溶洞：在（3）层中等风化灰岩中有大量分布，无填充或半填充软塑～流塑状黏土，钻探后揭露共有9 个溶洞，消防水池和警卫室区域。洞顶埋深6.8～16.5m，洞顶标高68.92～76.23m，洞高0.20～3.40m。

各土层主要特性参考值如表1 所示。

表1 土层参数表

站址范围内对基础有影响的地下水主要有：上层滞水。其主要分布在场地黏性土层中，地下水埋深0.80～11.80m，主要通过地表水体的渗流及大气降水补冲，以向低处渗流方式或大气蒸发方式排泄，且水位高低受季节性影响较为明显。

通过现场勘查以及现场钻探结果，站址溶槽、溶沟较多发育，部分地段存在溶洞。站址东侧消防水池、事故油池和警卫室位置，判断为岩溶中等发育区，对于站址其他位置，判断为岩溶微发育区。

2 总平面布置及场地平整

2.1 总平面布置

根据工艺要求，总平面按功能布置划分为以下几个分区：110kV 配电装置区、配电装置室区、主变设备区、220kV 配电装置区、电容器设备区、辅助建筑区。总平面布置图见图1。

图1 总平面布置图

2.2 场地平整

站区竖向布置按照常规平坡式布置，按照土石方综合平衡的设计原则，并分析场区现有的地形地势条件，拟定场地初平标高为80.65m，终平标高拟定为81.30m。场地整平后：整个场地基本处于半挖半填状态，220kV 配电装置区、110kV 配电装置区、主变设备区、配电装置室区均横跨零线，而电容器设备区、辅助建筑区则分别位于填方区、挖方区。挖方区最大挖方高度约7m，采用放坡护坡方式；填方区最大填方高度约7m，采用毛石混凝土挡土墙支挡。土方平衡示意图见图2 所示。

图2 土方平衡示意图(阴影部分为填方区)

对于填方较厚区域内的建构筑物，未经处理的填土不能直接作为基础持力层，且由于部分基础下方分布有溶洞或软弱淤泥层，需要进行必要的地基处理。

3 地基处理方案

3.1 地基处理原则

（1）地基处理方案必须满足工程设计要求，即满足地基承载力、地基变形和稳定性的技术要求；

（2）必须坚持环保和节约资源的原则，尽量就地取材、因地制宜；

（3）除此之外，地基处理方案尚应做到技术先进可靠、施工方便、安全适用。

3.2 挖方区地基方案分析

根据地质勘测资料，挖方区域土层主要由(2-2)粘土层、(2-3)粘土层、(2-4)粘土层和(3)灰岩层组成，其中(2-2)层、(3)层承载力较高，而中间夹杂的(2-3)层、(2-4)层则相对较弱，属于明显的软卧下卧层。因此，挖方区尽量采用浅基础、天然地基，并验算软卧下卧层淤泥层承载力是否满足要求。而处在挖方区的深基础，如地下消防水池基础，其持力层在软卧下卧层附近，则考虑采用地基处理，处理方案结合填方区地基处理方案一并考虑。另外，挖方区局部区域地下存在溶洞，也需统筹考虑地基处理方案。挖方区域典型的地质剖面见图3。

图3 挖方区域典型的地质剖面

3.3 填方区地基方案分析

与挖方区不同的是，填方区地基土主要由(1)填土层、(2-1)粘土层、(2-2)粘土层、(3)灰岩层组成，承载力均较好且无软卧下卧层，但填土较厚，最大可达7m，因此需考虑地基处理。对于浅填方区，即处理深度在3m 以内的，可进行换填C15毛石混凝土处理。其典型地质剖面见图4。

图4 填方区域典型的地质剖面

3.4 跨越零线地基方案分析

由前述所知，挖方区、填方区地质条件差异较大，而对不均匀沉降比较敏感的110kV 配电装置区（含GIS 及构架）、220kV 配电装置区（含GIS 及构架）则横跨挖填零线，因此地基需进行处理以满足设计要求。其典型地质剖面见图5。

图5 横跨零线的典型地质剖面

3.5 地基处理方案试选

综上分析，本工程大部分建构筑物均需做地基处理。结合本工程的地形、地貌及岩土工程地质条件，以及过往的变电站工程经验，备选的地基处理方法主要有：人工挖孔灌注桩、强夯法、PHC 管桩、冲孔灌注桩四种方案。

方案一：人工挖孔灌注桩+换填

（1）对于持力层距基底在3m 以内的，且满足地基设计技术要求的，可选用C15 毛石混凝土进行超挖换填，满足条件的有主变构架及基础、110kV 预制仓基础、接地变基础、事故油池基础。

（2）其余建构筑物采用人工挖孔灌注桩。考虑到人员安全，桩径统一取900mm，选用（3）中等风化灰岩为桩端持力层。

方案二：冲孔灌注桩+换填

（1）换填方案同方案一。

（2）对于220kV 构架基础、110kV 构架基础、消防水池等重要建构筑物，桩直径为800mm，选用（3）中等风化灰岩为桩端持力层。

（3）对于设备支架等荷载集度较轻的建(构)筑物，如220kVGIS 基础、110kVGIS 基础、220kV 预制仓基础等，桩直径为600mm，同样选用（3）中等风化灰岩为桩端持力层。

方案三：强夯法+桩基

（1）对于填土厚度(h＞3.0m)区域，采用4000kN·m 单击夯击能进行1 层强夯，按两遍进行夯击；对于压实填土厚度小于3m 的区域，可选用2000kN·m 低能级继续隔行强夯，隔行分两遍实施。然后再以低能量2000kN·m 以两遍满夯，最终完成全部夯击。

（2）位于填方区的重要建(构)筑物仍建议采用桩基础，同时围墙区域未进行强夯，也应采用桩基础。

方案四：PHC 管桩方案+换填

（1）静压PHC 600 A 110 管桩(抗拔桩采用PHC 600 B 110 管桩)。

（2）不同建（构）筑物的桩基方案参考方案二，局部承载力不足时补充基桩数。

3.6 地基处理方案技术比较

根据以上方案，结合工程特点，对以上四种方案进行技术比较，其比较结果见表2。为了确保施工人员安全，人工挖孔灌注桩最小直径不宜小于900mm，但其用于设备支架等荷载较轻的建(构)筑物时，强度得不到充分利用，造成不必要的浪费。同时湖北地区禁止在未经压实的填土且厚度超过3m 的场地，以及压实填土厚度超过5m 的场地使用人孔挖孔桩。因此，从“以人为本”、安全经济的角度考虑，本工程不推荐采用人工挖孔灌注桩方案。而对于PHC 管桩方案，一是桩端持力层中风化灰岩为较坚硬岩，无法直接静压或锤击沉桩，需要旋挖预成孔，现场需要旋挖和静压两套设备，工艺相对复杂；二是站址局部区域存在溶洞，且岩面起伏较大，不利于PHC 管桩桩端、桩身稳定。因此，本工程也不推荐采用PHC 管桩方案。

表2 地基处理方案技术比较表

3.7 地基处理方案成本比较

通过以上分析，再对冲孔灌注桩、强夯法+桩基进行成本比较，如表3 所示。

表3 地基处理方案成本比较表

4 结论

从表3 可知，冲孔灌注桩方案相比强夯法+桩基方案，费用略省，工期较优。

从实际出发，本工程不推荐采用强夯法+桩基方案，主要原因如下：(1)深填方区主要集中在站区边缘地带，不利于发挥强夯法优势；(2)强夯施工对边坡、挡土墙存在安全风险，且噪音会影响附近居民；(3)强夯周期较长，工程预计在6 月份开工，正是湖北梅雨时节，施工质量难以保证。因此本工程不推荐强夯法+桩基方案。

冲孔灌注桩承载力高、成孔率高、施工便捷、安全可靠、经济性好，能很好的适应本工程技术要求和站址条件，有利于工程的快速开展和顺利实施，因此本工程推荐采用冲孔灌注桩方案进行地基处理。