變電站常用基礎(chǔ)型式及地基處理分析

鞠洪濤（湖北省電力勘測設(shè)計院，湖北　武漢　430024）

變電站常用基礎(chǔ)型式及地基處理分析

鞠洪濤
（湖北省電力勘測設(shè)計院，湖北武漢430024）

摘要：本文介紹了變電站主要建構(gòu)筑物常用的基礎(chǔ)型式和地基處理方式，并給出了變電站主要建構(gòu)筑物承載力要求，并以湖北某220kV變電站地基處理為例，闡述了如何進(jìn)行變電站地基處理方案設(shè)計。

關(guān)鍵詞：變電站；基礎(chǔ)型式；地基處理；樁基礎(chǔ)

變電站作為電力運(yùn)輸?shù)臉屑~，其安全性關(guān)系到人民群眾的生產(chǎn)和生活。所以，變電站設(shè)計的安全性顯得尤為重要。變電站土建設(shè)施作為電氣設(shè)備的基礎(chǔ)，土建安全是變電站安全生產(chǎn)的必要條件，其安全性必須得到很好的保證。

1　變電站主要建構(gòu)筑物

1.1變電站主要建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)型式

變電站的建構(gòu)筑物類型主要有主控通信樓、配電綜合樓、屋內(nèi)配電裝置室、繼電器室、泡沫消防小間、主變壓器基礎(chǔ)、屋外配電裝置構(gòu)支架及基礎(chǔ)、戶外GIS設(shè)備基礎(chǔ)、事故集油池、污水處理設(shè)施、獨(dú)立避雷針、圍墻、擋土墻等。

主控通信樓一般為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面，建筑找坡，基礎(chǔ)一般采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。屋內(nèi)配電裝置室、繼電器小室一般為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面，結(jié)構(gòu)找坡，基礎(chǔ)一般采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。消防小間為單層磚混結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面，基礎(chǔ)采用墻下條形基礎(chǔ)。

屋外配電裝置構(gòu)支架及基礎(chǔ)主要為柱下獨(dú)立杯口基礎(chǔ)；主變壓器基礎(chǔ)和戶外GIS設(shè)備基礎(chǔ)主要為鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)；地埋式主變事故油池采用磚混結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)；污水處理設(shè)施一般為地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)；獨(dú)立避雷針一般采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)；圍墻一般采用240mm厚非粘土燒結(jié)普通磚與水泥砂漿砌筑，基礎(chǔ)采用墻下條形基礎(chǔ)。擋土墻一般采用重力式擋土墻，當(dāng)擋土墻高度小于3米時，基礎(chǔ)可直接置于持力層上，當(dāng)擋土墻高度大于3m時，基礎(chǔ)需要采用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)并盡量使基礎(chǔ)置于較高承載力的土層或采用地基處理或樁基礎(chǔ)。

2　變電站建構(gòu)筑物地基處理方式

2.1地基處理方式簡介

根據(jù)工程的地質(zhì)情況和建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式，可以采用的地基處理方式主要有換填墊層法、強(qiáng)夯、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、水泥粉煤灰碎石樁（CFG）、人工挖孔樁（墩）基、鉆孔灌注樁、靜壓高強(qiáng)度預(yù)制管樁。

換填墊層法主要適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，主要采用級配良好的砂石或者毛石混凝土進(jìn)行換填處理。換填墊層法具有施工簡單，振動小，噪音低；施工速度快，施工質(zhì)量容易控制，造價低等優(yōu)點(diǎn)。但其處理深度有限，一般換填深度不大于3m。

強(qiáng)夯適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。山區(qū)地基采用較多，處理深度一般為5m～10m。

水泥土攪拌樁適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、粘性土、飽和黃土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基，也可重疊排樁充當(dāng)深基坑的止水帷幕。水泥土攪拌樁的施工工藝分為漿液攪拌法（濕法）和粉體攪拌法（干法），濕法的加固深度不宜大于20m，干法不宜大于15m。

高壓旋噴樁復(fù)合地基適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土（流塑、軟塑和可塑）、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。處理深度一般不大于25m。

水泥粉煤灰碎石樁（CFG）適用處理粘性土、砂土、粉土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。其常用的樁徑主要有長螺旋鉆中心壓灌、干成孔和振動沉管成樁宜為350mm～600mm；泥漿護(hù)壁鉆孔成樁宜為600mm～800mm；鋼筋混凝土預(yù)制樁宜為300mm～600mm。一般處理深度不應(yīng)小于4m。

人工挖孔灌注樁（墩）適用于處理地下水水位較深，或能采用井點(diǎn)降水的地下水位較淺而持力層以上無流動性淤泥質(zhì)土的地基。在成孔過程中可能出現(xiàn)流砂、涌水、淤泥的地層不宜采用，故人工挖孔灌注樁不適宜用于砂土、碎石土等。變電站墩基處理深度易為：3m～6m；人工挖孔樁處理深度宜為6～15m。樁徑一般取1000mm。

人工挖孔樁單樁承載力大、受力性能好、質(zhì)量可靠、沉降量小。人工挖孔樁可多樁同時施工，施工方便、速度較快、不需要大型機(jī)械設(shè)備，挖孔樁要比木樁、混凝土打入樁震能力強(qiáng)，造價比沖錐沖孔、沖擊錐沖孔、沖擊鉆機(jī)沖孔、回旋鉆機(jī)鉆孔、沉井基礎(chǔ)節(jié)省。人工挖孔樁一般能有效控制工程質(zhì)量，現(xiàn)場文明施工較容易控制，但是考慮到人工挖孔質(zhì)量受人力因素影響較大，湖北省城鄉(xiāng)建設(shè)廳《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)建筑工程質(zhì)量管理的通知》（鄂建文[2011]152號）中的相關(guān)規(guī)定，對于機(jī)械樁方便施工情況下，盡量減少人工挖孔灌注樁的使用。

鉆孔灌注樁是一種常用的樁基礎(chǔ)形式，適用范圍廣，通常適用于持力層層面起伏較大，可穿越各類土層及全風(fēng)化基巖、強(qiáng)風(fēng)化基巖。鉆孔灌注樁具有如下優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。

（1）機(jī)械化作業(yè)，施工簡單，造價低；（2）占用施工場地小，對周圍建筑物影響??；（3）鋼筋籠、砼可集中加工、配送，也可以現(xiàn)場加工，作業(yè)方便；（4）施工速度快，工藝成熟，施工過程中安全可靠性高。

靜壓法施工是通過靜力壓樁機(jī)以壓樁機(jī)自重及樁架上的配重作反力將預(yù)制樁壓入土中的一種沉樁工藝。靜力壓樁法施工工藝具有噪音小、無污染、施工速度快、同時在壓樁過程中可以預(yù)估單樁承載力等特點(diǎn)，適用于荷載較大的建構(gòu)筑物，廣泛應(yīng)用于軟土地基。采用靜壓預(yù)制管樁，由于不能擴(kuò)底，一般樁長比較長，則工程費(fèi)用高、很不經(jīng)濟(jì)。

2.2變電站主要建（構(gòu)）筑承載力要求

單層框架主控通信樓或10kV、35kV配電裝置室一般采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁（墩）基礎(chǔ)，其傳至基礎(chǔ)頂面的內(nèi)力范圍值為400kN～1000kN；500kV/220kV主變壓器基礎(chǔ)，一般采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)或樁（墩）基礎(chǔ)，其傳至基礎(chǔ)頂面的內(nèi)力范圍值為120kPa～180kPa；500kV構(gòu)架人字柱門型構(gòu)架一般采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁（墩）基礎(chǔ)，其傳至基礎(chǔ)頂面的內(nèi)力范圍值為1000kN～1500kN；220kV/110kV構(gòu)架人字柱門型構(gòu)架一般柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁（墩）基礎(chǔ)，其傳至基礎(chǔ)頂面的內(nèi)力范圍值為300kN～600kN；500kV/220kV/110kV等設(shè)備支架一般采用懸臂單柱柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或樁（墩）基礎(chǔ)，其傳至基礎(chǔ)頂面的內(nèi)力范圍值一般不大于100kN；500kV/220kV戶外GIS設(shè)備一般采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)或樁（墩）基礎(chǔ)，其傳至基礎(chǔ)頂面的內(nèi)力范圍值為80kPa～150kPa。

3　工程實例

3.1湖北某220kV變電站工程概況

站址屬壟崗地貌，地勢起伏相對較大，總體呈南高北低、東高西低的地勢，地面自然標(biāo)高58.99m～70.56m（1985國家高程基準(zhǔn)），站址范圍內(nèi)高差約12m。站址內(nèi)主要為杉樹林、茶場及旱地，另有少量水田、水塘及墳塋分布。

場地巖土層特征按剖面圖中編號順序由上而下敘述如下：（1）素填土：紅褐色、黃褐色，稍濕，松散，局部為稍密。主要為耕植土及植被土，含大量植物根系，全場分布。松散，狀態(tài)不均勻，建筑性能差，不宜作為建（構(gòu)）筑物的天然地基持力層。（2）粉質(zhì)黏土：褐紅、棕紅色，濕，可塑，局部可塑偏硬，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核和灰白色高嶺土條帶。具中等壓縮性，fak=140kPa，承載力一般，站址北側(cè)沖溝地段及地勢相對較低處有分布，可作為一般輕型建（構(gòu)）筑物的天然地基持力層。（3）粉質(zhì)黏土：黃褐色、棕黃色，稍濕，硬塑，局部堅硬，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核和灰白色高嶺土條帶。具中等壓縮性，fak=260kPa，承載力較高，全場分布，是較好的建（構(gòu)）筑物天然地基持力層，可作為樁端持力層。（4）泥質(zhì)粉砂巖：灰黃、紫紅、紅褐色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，中厚～厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖芯多呈土柱狀、局部呈碎塊狀，該層局部夾泥巖、砂巖。具低壓縮性，fak=400kPa，承載力高，全場分布，埋深較淺地段是較好的建（構(gòu)）筑物天然地基持力層，可作為樁端持力層。

3.2湖北某220kV變電站地基處理方案

根據(jù)場地的巖土條件，填土厚度較小的地段，可采用天然地基方案，填土厚度不大時，采用毛石混凝土墊層進(jìn)行地基處理；在填土厚度較大的地段，擬采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行處理，常采用的樁基礎(chǔ)有三種：鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁、和靜壓預(yù)制管樁。

鉆孔灌注樁與預(yù)制樁相比，可以制造比預(yù)制樁的直徑大的多的樁；同樣的樁長情況下可以提供更大單樁承載力，從而可以減少樁長、樁的數(shù)量，經(jīng)濟(jì)效果更顯著。本變電站可以利用的樁端持力層位置相對較淺，所以更適合選用直徑較大的鉆孔灌注樁。

人工挖孔樁單樁承載力大、受力性能好、質(zhì)量可靠、沉降量小。本工程考慮但是考慮到人工挖孔質(zhì)量受人力因素影響較大，及湖北省城鄉(xiāng)建設(shè)廳《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)建筑工程質(zhì)量管理的通知》（鄂建文[2011]152號）中的相關(guān)規(guī)定，同時本工程局部回填土較厚，不宜采用人工挖孔灌注樁。

綜合上述分析本工程地基處理方案為：在填土厚度不大時，采用C15毛石混凝土墊層進(jìn)行換填；在填土厚度較大的地段，擬采用鉆孔灌注樁進(jìn)行處理。

結(jié)語

變電站設(shè)計必須根據(jù)地質(zhì)條件、環(huán)境條件、建筑物特點(diǎn)、上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計中的實際情況，因地制宜，經(jīng)綜合分析比較選擇地基處理方案，才可能在保證變電站安全的情況下取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]JGJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]．[3]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]．

中圖分類號：TM76

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A