变电站设备基础沉降优化处理方案的应用研究

摘" 要：某220 kV变电站因极端天气洪水浸泡，导致110 kV副母管母支架基础不均匀沉降。经与传统处理方式比较，提出可调基础的优化处理方案。工程实施表明，该方案不但比传统处理方式缩短时间，还能减少电气设备的停电次数，理想情况下可以带电纠偏；对可能发生的后续沉降，还能通过调整装置调节处理，毋须再次施工加固。

关键词：变电站；不均匀沉降；基础沉降；支架倾斜；可调基础；纠偏

中图分类号：TM63" " " 文献标志码：A" " " " " "文章编号：2095-2945（2024）35-0１６３-0４

Abstract： A 220 kV substation was immersed in floods due to extreme weather， resulting in uneven settlement of the foundation of the 110 kV auxiliary main pipe main support. Compared with traditional processing methods， an optimized processing plan with adjustable foundation is proposed. The implementation of the project shows that this plan not only shortens the time compared with traditional treatment methods， but also reduces the number of power outages of electrical equipment. In an ideal condition， it can be corrected with electricity; possible subsequent settlements can also be adjusted and processed through adjustment devices without the need for re-construction reinforcement.

Keywords： substation; uneven settlement; foundation settlement; support tilt; adjustable foundation; rectification

近年来，随着我国城市建设的加快，受电网内外部种种因素的影响，各地变电站地基沉降问题频发。外部因素主要有变电站外围造房打桩，雨水不断，极端天气洪水浸泡等；内部因素主要有因工期紧迫导致土建施工周期不合理，软土地基回填不到位、夯土不实等。这些因素的偶合作用，往往引起变电站地基不均匀沉降，造成房子墙体开裂，电缆层、电缆沟下沉，设备基础倾斜，开关柜不能拉出，二次屏柜变形，电气设备引线拉紧等，严重威胁着变电站的安全稳定运行。

针对变电站地基沉降问题，已有相关学者进行了种种分析和研究，但基本都围绕针对沉降原因如何进行处理，或如何开展监测、预测分析[1-3]等。少有学者探索针对地基沉降，既能纠偏加固，又能减少施工及停电时间的优化处理方案。特别是可调节基础在变电站设备基础加固纠偏中的应用，经中国知网、维普期刊等数据库查询未见报道。本文试图结合工程实例，对地基沉降比较严重的典型情况——设备基础倾斜，提出一种新型的优化解决方案，即可调基础方案。

1" 变电站设备基础沉降概况

某220 kV变电站发生110 kV副母管母支架倾斜。

1.1" 支架倾斜情况

1）110 kV管母支架基础倾斜导致杆段倾斜，上部两相绝缘子底部已开裂，如图1所示。根据与周围基础目测比对和仪器观测，该区域场地整体沉降20 cm左右，支架基础电缆沟一侧降低，另一侧明显抬高，杆段底部中心相对沉降不明显。初步判断支架基础整体以桩基为中心倾斜。

2）根据现场勘查，电缆沟一侧以管母支架基础作为沟壁，有一档电缆支架安装在沟壁上，电缆沟压顶直接浇筑于沟壁上，两端已开裂。根据施工图要求，电缆沟与基础相碰时应预留沉降缝，沉降缝处设PVC挤塑板。

根据现场开挖，该处电缆沟底板下部与场地原土已有约5 cm的空隙，电缆沟壁与基础间设有缝，电缆沟底板与基础间未设缝，整体未形成沉降缝。

1.2" 支架倾斜原因分析

该变电站处于软土地区，投运第二年曾进行沉降排查，当时并未发现有明显沉降情况。上一年因受台风影响，整个城区受淹，变电站受淹水位约高出场地50 cm。根据施工图阶段地质勘探的水文情况，变电站地下水位埋深在0.5～1.5 m，地下水位随季节变化幅度不大，一般年水位变幅在0.5 m左右。上一年水淹期间，变电站相当于增加了5 kN/m2的水压荷载，持续时间约1周。根据现场勘查，目前整个场地沉降20 cm左右。

因变电站场地整体沉降明显，导致以下情况：

1）场地内未采用桩基处理的电缆沟、道路等均产生沉降；

2）受沉降影响，副母管母支架桩基承台底面可能与场地原土脱开。

电缆沟沉降对周边相碰的基础产生下拉力，在正常设置电缆沟沉降缝的情况下，该下拉力仅为基础范围内的侧壁电缆、压顶及盖板的重力。假如沉降缝设置不到位，相当于一段区域的电缆沟下沉对基础产生了下拉力，且远大于基础范围内的电缆沟下拉力；基础承台与桩顶连接处如果还存在缺陷或桩偏位过大的情况，则使基础单侧受电缆沟下拉力发生倾斜。

2" 加固纠偏处理方案研究

本次110 kV副母管母支架倾斜处理的基本目标如下。

纠正110 kV杆段倾斜，更换受损绝缘子；电缆沟底板与管母基础脱开，设置沉降缝；处理110 kV管母承台与桩基连接的缺陷隐患；处理方案兼顾基础可能存在的后续沉降问题。

因受场地电缆沟、两侧间隔和上部管母限制，针对本次基础沉降特点，可能适用的传统处理方案有：①拆除新建；②混凝土浇筑加固；③注浆加固。另外，考虑到变电站距上次洪水浸泡时间并不长，可能还会继续沉降，我们尝试一种可调节基础的优化处理方案。

2.1" 处理方案分析

2.1.1" 传统处理方案

拆除新建。本方案对倾斜的基础及杆段考虑拆除新建，采用C50混凝土并掺加早强剂，杆段采用钢管杆，地脚螺栓连接。

本方案施工关键工序：①管母做好临时支护，拆除上部绝缘子及杆段；②基础拆除，与电缆沟壁重合部分切割保留，电缆沟做好支护。

需关注的问题：①经核算，上部管母悬挑8 m的挠度约30 cm，在拆除和新建期间必须采用临时支撑；②由于电缆沟处电缆支架直接安装于基础壁上，电缆需临时移位或采取保护措施；③施工期间对两侧间隔运行也存在一定的安全风险。

混凝土浇筑加固。本方案首先将电缆沟与基础切割脱开，然后挖除倾斜的基础周边回填土，将倾斜的管母基础机械纠偏，在基础周围（基础底部以下50 cm、基础四周30 cm）浇筑混凝土，采用C50混凝土掺早强剂，修复基础与桩基可能受损的连接点。基础加固如图2所示，混凝土先后从中间往两侧浇筑。沉降缝设置最佳位置是将电缆移开，沿基础周边切开。

本方案施工关键工序：①做好杆段及上部管母临时支撑，拆除绝缘子；②挖除基础三侧回填土，基底以下再下挖0.5 m深；③杆段拉至原位，浇筑加固混凝土；④安装新绝缘子。

需关注的问题：①基础一侧电缆沟电缆支架直接安装于基础壁上，开挖时存在影响，需要临时移位或采取保护措施；②开挖深度达到2 m；③杆段和上部管母需要临时支护，防止基础开挖时基础及杆段倾斜。

注浆加固。本方案将倾斜的管母基础机械纠偏，在基础周围和底部进行混凝土注浆，水泥浆中掺水玻璃。

需关注的问题：①注浆仅能对基础底部和周围空隙进行处理，不能有效处理基础承台与桩基的连接缺陷，后期可能由于场地进一步沉降产生倾斜；②电缆沟处注浆封闭较困难。

2.1.2" 优化处理方案——可调基础方案

本方案将电缆沟与基础脱开，挖除基础周边回填土，在基础下部两侧各制作2个承台墩（前后左右共4个。承台墩的制作有多种方案，详见3.1），在基础上部两侧用钢筋延伸各制作2个钢混调整墩（前后左右共4个），在承台墩与调整墩之间安装升降调整装置（共4套），如图3所示。承台与调整台形成分离的2部分，整套装置安装调试后，利用调整装置将倾斜的管母支架纠偏至正常位置（详见下第3节）。

本方案考虑不久前整个变电站受洪水浸泡，地基沉降可能还未处于稳定，增加了前后左右4套调整装置，上下分别均可调节的思路。

本方案施工关键工序：①挖除基础周边回填土；②制作承台墩、钢混调整墩；③安装、调试升降调整装置；④管母支架纠偏、安装新绝缘子。

需关注的问题：①钢混调整墩制作时，因钻孔较多，可能会对原基础产生一定的影响，视情况可采用碳纤维等材料适当补强；②为保证施工期间的安全，施工前需先对倾斜支架作好防倾倒安全措施。

2.2" 处理方案比较

每个方案都有相应的优缺点，但目标方案首要条件是满足电网的特殊要求：①安全风险小或风险可控；②停电时间短，停电次数少；③处理尽量彻底。方案的最终选择，应综合考虑以上3点。从表1可见，优化方案即可调基础方案，安全风险可控，处理彻底，工期最短，且仅停电一次，在四者之中最符合上述目标。

3" 可调基础的应用

本纠偏工程采用可调基础方案。因承台是后续纠偏处理的主要支撑点，这一方案的最关键工序就是承台的制作。

3.1" 承台制作安装方案研究

按目前地基基础施工技术，承台的制作安装方式主要有以下3种。

3.1.1" 注浆方式

注浆方式即在承台墩与原管桩间注入混凝土水泥浆，水泥浆中掺加水玻璃，待水泥浆硬化固结后承台墩与原管桩便胶结于一起，形成承台，如图4所示。这种安装方式简单实用，承台制作时毋须停电，但承台的载荷能力小于以下2种。

3.1.2" 锚杆静压桩方式

即在每个承台墩下面打入一小管形桩，如图5所示，可采用锚杆静压的方式成桩，管桩顶部与承台墩钢筋联接后形成承台。这种成桩方式无震动、无噪声、场地占用少，对周边影响小，安全性好，毋须停电，且载荷能力强。

3.1.3" 与原基础钢筋联接方式

与调整墩的制作方式类似，采用在原基础下部两侧钻孔，伸入钢筋相连的方式制作钢混承台墩（共4个）。在调整墩与承台墩之间安装镙杆调节装置，调整锁定调节装置后，将原基础在承台墩与调整墩之间水平切割分离，分别形成了下半部的承台与上半部的调整台，如图3所示。这种承台的制作方式不需要停电，但对安装人员的技术要求相对较高。另外，这种可调基础的制作方式要求原基础与管桩顶端并未完全脱开，而是仍以钢筋相连（若有脱开等缺陷，也可采取注浆等方式修复）。

工程实施中，上述3种方式究竟采用哪一种，可根据现场条件和基础开挖情况确定。

3.2" 工程实施

本工程承台墩的制作采用与原基础钢筋联接方式，图6是正在施工中的可调基础。

工程实施中的关键工序：

1）挖除基础周边回填土，做好防基础倾斜安全支护措施；

2）基础与电缆沟壁联接部分垂直静态切割，基础侧面碳纤维加固；

3）钢混承台墩制作（共4组），钢混调整墩制作（共4组）；

4）调整锁定装置制作、安装、调试（共4套）；

5）承台、调整台上下水平切割分离；

6）利用调整装置，对支架倾斜和垂直状态进行调整，更换上部损坏的支撑绝缘子；

7）调整装置防腐保护。

本次工程实施有条不紊，安全可控。工程从施工队伍进场至支架基础加固纠偏完毕仅耗时10 d。最后一天停电1次，从工作票许可到处理完成仅2 h。4个钢混承台墩与4个钢混调整墩的制作是在原基础两侧面钻孔插入钢筋，连接延伸后浇筑混凝土而成，事先用碳纤维加固。承台与调整台分别由钢混承台墩与原基础相连部分，钢混调整墩与原基础相连部分，水平分割而成，分离切割前应通过调整装置连接牢固后锁定，以防失控。后续支架纠偏分别调节4个调整装置的镙杆行程即可。

4" 结束语

本工程采用了不同于传统处理方式的优化处理方案——可调基础方案，至今已正常运行多年，其稳定性经受住了时间的检验。

1）本工程如采用传统处理方案至少需停电2次，而采用可调基础方案最多只要停电一次，理想情况下还能带电处理，且施工时间更短。

2）如果后续地基沉降尚未稳定，该基础再次发生倾斜，仅需调节调整装置中的镙杆行程即可纠偏，毋须再次施工和停电。

3）应用可调基础加固纠偏思路，还能扩大到类似变电站的其他设备基础，具有很大的应用推广价值。

参考文献：

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[2] 陈庆伟，杨臻，谢丹，等．软土地基变电站沉降监测与预测分析[J]．广东电力，2022，35（3）：124-131．

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