粤港澳大湾区滨海填海区变电站地基处理方法分析

佛山电力设计院有限公司 张文超

东莞滨海湾新区地处粤港澳大湾区几何中心，连接南沙前海、邻近港澳，是珠江口东岸最大的可集中连片开发的战略性区域，建设滨海湾新区是落实粤港澳大湾区发展战略，推动东莞融入粤港澳大湾区城市群、深度参与粤港澳协同发展的主抓手。本次拟建变电站的站址位于东莞市滨海湾新区，站址西侧紧邻广深沿江高速，南侧为珠江口（交椅湾），东西两侧均为近期填海筑地区域。站址周边自然水系发达，受潮汐影响较大。

1 站址相关条件

大湾区属亚热带季风气候，长夏无冬、日照充足、雨量充沛、温差振幅小、季风明显，年极端最高气温37.8℃，年极端最低气温3.1℃。雨量集中在4～9月份，其中4～6月为前汛期，以锋面低槽降水为多。7～9月为后汛期，台风降水活跃。主要河流有96%属东江流域，东江干流自东北角惠州市惠城区、博罗县之间入境后，沿北部边境自东向西行至桥头镇新开河口。

本项目区域地貌上属典型的珠江河口三角洲平原地形，河涌、水沟纵横交错密布。绝大部分为蕉田、蔗田，并分布有较多的鱼塘、水池，地面高程低，地形平坦开阔；本工程场地原始地貌主要为滨海滩涂地，后经填海造地而成如今地貌。根据以往经验，在填海造地过程中多数会填筑建筑垃圾、石块、砖头等，甚至会填筑一些木头、塑料、废弃衣物等，形成了除淤泥以外的不利地质条件。场地范围内地基土主要如下。

人工填土层（Q4ml）：杂质填土。灰黑色、灰褐色、松散、稍湿，主要成分为黏性土，土沟多，含有少量碎石，含量3%～5%，粒径一般2～3cm，人工堆积成因、新近堆积，堆填年限少于3～5年；第四系冲洪积层（Q4al）：沉积淤泥。灰褐色、饱和、软塑，主要成分为黏性土，黏粒含量多，具有强烈腥臭味，部分夹有细砂；粉质黏土层。黄褐色、可塑、稍湿，夹有部分细砂，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，冲洪积成因；残积土层（Qel）：砂质黏性土。黄褐色、红褐色、硬塑、稍湿，主要成分为粉质粘土，原岩结构破坏，石英、长石、云母等矿物已风化为土状，手捏易散，遇水易软化、崩解，残积成因。

燕山期花岗岩风化层（γ）：本层全风化花岗岩。褐色、黄褐色、稍湿，属极软岩，岩体基本质量等级为V 级，遇水易软化崩解；强风化花岗岩层。黄褐色、灰褐色、坚硬稍湿，属极软岩，岩体基本质量等级为V 级，遇水易崩解；中风化花岗岩层。灰白色、细粒～中粒花岗结构，块状构造，为较硬岩，岩体基本质量等级为III 级，RQD 在50～75%之间。

地下水类型及特征：场地地下水主要有赋存于杂填土中的上层滞水和赋存于基岩中的裂隙水；水、土腐蚀性：由于填海筑地，受海水渗流和原有海淤泥影响，本场地水土中Cl-含量会偏高。综合判定本场地土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性。

2 基础处理设计方案

2.1 站址设计标高

根据《变电所总布置设计技术规程》的规定，变电站站址现状标高大约5.00～6.00m，110kV 变电站的场地设计标高应高于50年洪水位和历史最高内涝水位，同时满足主变运输的要求。站址处茅洲河河口处的100年一遇高潮位为3.94m，50年一遇高潮位为3.73m。规划部门交椅湾板块整体标高控制在4.5～5.1米，故初定站址场地设计高程初定为5.1m（1985国家高程）。

2.2 基础处理设计原则

基础处理设计方案应充分考虑场地的工程地质与水文地质条件、地层物理特征、周边环境，对各处理方案的适应性、可靠性、经济性和施工周期进行充分的考虑，并结合本工程的特点和实际情况进行详尽设计；基础处理方案在安全可靠的前提下，经济、合理，满足国家建设工程的有关法规和规范要求；基础处理方案设计应对后续建（构）筑物的施工创造有利条件，同时周边建构筑物及环境影响需求，并对敏感建构筑物的不利影响降到最低。

基础处理方案应充分考虑基础设计中的荷载选择，对竖向承载力或抗拔力结构的计算应严格执行相关规范；基础处理方案设计属动态设计，应在后续深化和施工过程中根据地质条件、环境条件的变化，对设计成果进行优化；基础处理方案设计应加强设计过程的中间沟通环节，对重大的技术问题应经设计核算后方能实施。

2.3 基础处理方案情况

本次拟建站址占地面积（红线范围）约为4366.5m2，建筑用地（包含站内道路、绿地及主体）占地面积约为3071m2。本工程拟建的主建筑物为配电装置楼，以及进出线构架、主变构架、变压器、设备支架、消防水池、事故油池、化粪池等变电设施。场地设计整平标高约5.1米，结合建筑物的荷载及结构特点，综合场地岩土工程条件建议采用以下基础型式：

根据地基处理原则及本工程的特性，基础处理分区分块，不同建筑功能区域采用不同的处理方案。道路区域：采用旋喷桩加固处理。道路部分采用复合式地基，旋喷桩D=600mm@1200，在路基范围内布置。交工面承载力标准不小于100kPa，交工面压实度0～1.5m ＞97%、1.5以下＞93%，处理面积约为811m2；主建筑物区域：采用管桩加固处理。主体结构部分采用桩基础，管桩500X125（PHC～AB）型，混凝土强度为C80。桩靴类型采用十字型钢桩尖，在主要建构筑物内布置；处理面积约为1349m2；站内绿地及铺装区域采用压实处理，压实度不小于90%，处理面积约为911m2。

3 其他基础处理工艺分析

3.1 基础

天然地基。场地主要为人工堆填后的平原地形表层土主要为杂填土，下卧层为淤泥层，强度较低，因此本场地无天然地基条件，不可考虑采用天然地基；复合地基基础。由于拟建建筑物所处场地上部有淤泥层，建议采用高压喷射注浆法进行处理。用水泥浆与砂混合可获得较高的强度，以粉质黏土作为旋喷桩的持力层。拟建的事故油池、围墙、道路等载荷较小的建筑物可选用杂填土挖除后进行加固的复合地基作为基础持力层。

桩基础。冲（钻）孔灌注桩基础可行性评价：场地交通便利，能满足中、大型机械设备的进退场条件；待场地经回填等工程措施处理至场地设计整平标高后，铺上一定厚度的碎石、石粉，可满足桩机具在场地内的移位；桩端置于中风化泥岩中，单桩承载力及变形均可满足上部荷载的要求；冲（钻）孔灌注桩在本地区施工经验成熟，施工机械及施工队伍易于落实；场地周边较为空旷，施工时产生的噪音及震动对场地周围环境影响不大。综上，以上所建议采用的冲（钻）孔灌注桩基础是可行的。

3.2 冲（钻）孔灌注桩

采用冲（钻）孔灌注桩基础，传统成孔工艺主要有采用笼式合金钻头、牙轮钻头等钻进成孔的钻孔灌注桩（包括正循环成孔及反循环成孔工艺）、采用冲击锤成孔的冲孔灌注桩、采用旋挖钻机成孔的灌注桩，上述工艺成孔时均须采用泥浆护壁，桩径可考虑选取Φ800～1200mm。

3.2.1 相关影响及建议

根据场地周边环境及场地揭露的各岩土层情况总体分析，采用桩基进行施工时对周边环境有一定的影响，施工时应注意；地下水对砼结构具有微腐蚀性、对砼结构中的钢筋具有微腐蚀性，应按规范（GB50046-2008)中的有关规定进行防腐设计。地下水对残积土具有软化作用，对冲（钻）孔灌注桩桩基设计和施工具有一定影响。

场地内特殊性岩土主要为人工填土、残积土：残积土有遇水软化等特征，会导致地基土强度的降低，设计及施工时应加以注意；结合相关区域地质资料，地表土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性；回填土固结沉降对桩基会产生负摩阻力，在桩基设计及施工过程中应加以注意，建议采用涂层法、预钻孔法和分段施工等方法，以减少负摩阻力对桩基的不利影响。

3.2.2 桩基础施工时应注意如下问题

该桩型为弃土桩，施工过程中现场排浆量大，易造成施工现场污染。场地回填整平后，部分区域布有厚度较大的回填土，桩基施工时易产生泥皮过厚、清渣不干净、塌孔、夹泥、缩径等现象，应采取有效的护壁措施。冲（钻）孔桩桩长的控制基本上可以桩端标高结合施工钻进、渣样等情况控制桩长。对于端承型桩，孔底沉渣厚度不应大于50mm；由于桩身混凝土为现场灌注，桩身质量不易保证，因此应采取切实可行的技术措施加强施工质量全过程管理与监控。如：桩端持力层判定（在桩孔施工遇到桩端持力层时进行），孔底沉渣、孔径、垂直度的量测等，应特别加强施工过程监理。

桩基施工时应及时通知地质单位验槽，确定所在桩位的持力层埋深、性质及岩面的坡度变化，确保桩端全截面进入持力层；因拟建物对变形具敏感性，结构设计时应结合建筑物的施工顺序、结构特点，合理布置沉降缝或后浇带并加强基础与上部结构的整体刚度等措施，确保建筑结构主体安全、沉降均匀。

根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）第10.2.3、10.2.4条规定，单桩竖向承载力特征值按下式计算：单桩竖向承载力特征值Ra=u∑qsiali+qpaAp，式中u 为桩身周长(m)；li 为第i 土层的厚度（m）；qsia 为第i 土层桩侧的摩阻力特征值（kPa）；qpa 为桩端持力层端阻力特征值（kPa）；Ap 为桩身截面面积。

3.3 基坑工程

基坑地层条件及支护结构方案：按照以往经验，拟建消防水池为埋地下沉式结构，水池底开挖深度约小于8m，事故油池为地下结构；基坑周边环境：经工程措施处理后场地较空旷，均具有放坡空间，对基坑开挖无不利影响；基坑安全等级及环境等级：据场地的岩土条件、水文地质条件以及周边环境，基坑抗倾覆、整体稳定性验算等应满足《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120～2012）相关规定；基坑支护方案建议：池底开挖深度约小于8m，开挖深度范围内侧壁岩土层为回填土和淤泥层，基槽四周有足够放坡位置，建议采用1:2.00比例放坡，坡面挂网及喷射素混凝土防护。坡顶设置截水沟，坡脚设置集水坑、沉淀池与排水沟进行集水明排。

基坑地下水治理与建议：基坑开挖范围内存在地下水分布，因此基坑开挖应结合基坑降水进行，并在基坑四周、护坡墙面、坑底等位置做好地表排水、截水工作；抗浮设防水位：由于无地下水长期观测资料，根据场地地形、地貌、地下水特征，并结合场地周边地形条件、道路排水条件，本场地抗浮设防水位建议取场地室外地坪设计标高；场地回填土。应选用良好的对建筑材料无腐蚀或微腐蚀的土料分层回填、夯实。可采用压实的黏性土或灰土，压实系数应按满足相关规范要求。

4 施工监测及沉降观测

本工程应进行施工监测，主要内容包括桩基础及基坑开挖监测。基坑开挖施工监测：本工程基坑在施工过程应对基坑内、外土体的水平、竖向位移、基坑卸荷回弹、支挡结构的内力、变形和整体稳定性、已施工工程桩的移位和基坑开挖影响范围内的地下水位、孔隙水压力变化以及流泥等现象进行观测与监测，并采取信息化施工临控，以确保基坑安全、减少或避免对周边环境的影响和防止工程桩移位。通过科学的监测信息指导施工，合理调整施工顺序及施工方案，保证堆载预压施工堆载安全，并对施工可能造成的对周围环境的不利影响及时采取预防措施。

沉降观测及垂直度监测：拟建物为标准设防类建筑。拟建建筑地基变形主要由倾斜值控制，必要时尚应控制平均沉降量，具变形敏感性，预测拟建物变形特征为局部倾斜，设计时应根据建筑物荷载分布变化情况，考虑建筑物可能出现的不均匀沉降问题，应采取结构设计或施工上的处理措施，通过采取桩端持力层控制、不同建筑物或建筑部分的建造顺序、合理设置后浇带等，确保拟建物的安全使用，并按有关规范要求进行沉降变形验算。为确保本工程在上部结构施工及建筑物使用期间的安全，应对上部主体结构进行沉降及变形观测，并对拟建物设置长期沉降观测系统，对建筑主体结构进行垂直度监测。