某500 kV 變電站地基處理方案研究

叢培瑞　崔進(jìn)波

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南　250013)

某500 kV 變電站地基處理方案研究

叢培瑞崔進(jìn)波

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南250013)

摘要:某500 kV變電站場地粉砂具有濕陷性，通過綜合比較各種地基處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)和可行性，制定合理的地基處理方案，同時(shí)，針對GIS基礎(chǔ)對沉降非常敏感的特點(diǎn)，采取合理措施，減少基礎(chǔ)沉降，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞:濕陷性，地基處理，變電站，GIS基礎(chǔ)

變電站建(構(gòu))筑物地基處理方案合理與否，不僅直接影響到變電站土建投資水平的高低，同時(shí)，地基處理方案的好壞也將影響到變電站的安全運(yùn)行和建設(shè)周期，因此，選擇適合具體工程地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方案，對變電站土建設(shè)計(jì)人員來說是一項(xiàng)十分重要的工作。

1　工程地質(zhì)條件

某500 kV變電站站區(qū)地層巖性及其分布和特性自上而下描述如下:①粉砂:黃褐色，稍密，稍濕，礦物成分主要為石英、長石。偶夾礫砂薄層。表層夾微膠結(jié)的粉土薄層。主層①普遍分布于擬建站區(qū)表層。層底埋深0.6 m～3.3 m，層底標(biāo)高1 265.82 m～1 277.3 m，層厚0.6 m～3.3 m，平均層厚1.75 m。

其下為②層頁巖，按其風(fēng)化程度可劃分為2個(gè)亞層。分述如下:②1強(qiáng)風(fēng)化頁巖:褐黃～灰黑色，局部呈鐵銹紅色。層狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)碎屑沉積。多節(jié)理，處強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)。②1層普遍分布于站區(qū)。該層相對較堅(jiān)硬，人工難以挖掘，本次僅在背包鉆孔揭露該層。揭露層底埋深1.5 m～3.8 m，揭露層底標(biāo)高1 265.0 m～1 275.2 m，揭露層厚0.3 m～2.1 m，平均揭露層厚0.94 m。

②2中風(fēng)化頁巖:褐黃～灰黑色，局部呈鐵銹紅色。碎塊狀結(jié)構(gòu)，少節(jié)理，處中等風(fēng)化狀態(tài)。②2層普遍分布于站區(qū)。本次勘探未揭穿該層。最大揭露厚度2.5 m，最大層底埋深5.5 m，最低層底標(biāo)高為1 269.2。

各層物理力學(xué)指標(biāo)推薦見表1。

表1　土層物理力學(xué)指標(biāo)

2　地基處理目的及處理范圍

根據(jù)文獻(xiàn)［1］，變電站工程各類建(構(gòu))筑物按濕陷性影響可分為三類，見表2。

表2　建(構(gòu))筑物按濕陷影響分類

對甲類建筑物應(yīng)消除地基的全部濕陷量或采用樁基穿透全部濕陷性黃土層;對乙類、丙類建筑物應(yīng)消除地基的部分濕陷量。

依據(jù)規(guī)范及上部結(jié)構(gòu)的要求，天然地基不能滿足，需做人工地基以消除或降低地基濕陷性，提高地基承載力。

3　地基處理方案技術(shù)比較

根據(jù)文獻(xiàn)［1］［2］，處理濕陷性地基的主要方案有墊層法、強(qiáng)夯法、預(yù)浸水法、擠密法、樁基礎(chǔ)等。

1)墊層法。墊層法適用于地下水位以上的濕陷性地基的處理。墊層法根據(jù)所采用的墊層材料分為土墊層法和灰土墊層法。當(dāng)僅要求消除基底下1 m～3 m的濕陷性黃土的濕陷量時(shí)，可采用局部土墊層進(jìn)行處理，當(dāng)同時(shí)要求提高墊層土的承載力和增強(qiáng)水穩(wěn)定性時(shí)，可采用整片灰土墊層進(jìn)行處理。

本工程場平后，濕陷性土層厚度為0 m～6 m，基礎(chǔ)埋深通常為1.6 m，濕陷性土層深度為0 m～4.4 m。可以采用3∶7灰土換填墊層進(jìn)行處理。

2)強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯法是將80 kN～400 kN重的錘起吊到10 m～20 m(最高可達(dá)40 m)高處而后自由下落，對土進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，以提高其強(qiáng)度，降低其壓縮性和消除其濕陷性。強(qiáng)夯對地基土濕陷性的消除效果明顯，一般處理深度為3 m～12 m。強(qiáng)夯法適用于土的飽和度Sr≤60%的濕陷性地基的處理。

本工程濕陷性黃土層厚度為0 m～6 m，3 m以上區(qū)域可以采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理。

3)擠密法。土樁、灰土樁擠密法是利用沉管、爆擴(kuò)、沖擊或鉆孔夯擴(kuò)等方法，在地基土中擠壓成樁孔，迫使樁孔內(nèi)土體側(cè)(橫)向擠出，從而使樁周土體得到加密;隨后向樁孔內(nèi)填入素土或灰土等廉價(jià)填料夯實(shí)成樁。土樁、灰土樁等擠密地基是由樁體和樁間擠密土組成的人工復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載。擠密法適用于地下水位以上，土的飽和度Sr≤65%的濕陷性地基的處理，處理深度5 m～15 m的濕陷性黃土。

本工程濕陷性黃土層厚度為0 m～6 m，大部分區(qū)域小于5 m，不采用擠密法進(jìn)行處理。

4)樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)法是采用一定長度的樁穿越濕陷性土層，使上部結(jié)構(gòu)荷載通過樁尖傳到堅(jiān)實(shí)的非濕陷性土層中去，這樣即使地基受水浸濕，也可以完全避免濕陷的危害。

本工程濕陷性黃土層厚度較薄，為0 m～6 m，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)不適用。

5)預(yù)浸水法。預(yù)浸水法是利用黃土浸水后產(chǎn)生自重濕陷的特性，在施工前挖坑進(jìn)行大面積浸水，使土體預(yù)先產(chǎn)生自重濕陷，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深層土層的外荷濕陷性，它適用于處理厚度大、自重濕陷性強(qiáng)烈的黃土地基，是一種比較經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。

預(yù)浸水法宜用于處理濕陷性黃土厚度大于10 m，自重濕陷量的計(jì)算值不小于500 mm的場地。浸水前宜通過現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)確定浸水時(shí)間、耗水量和濕陷量等。

站址區(qū)多屬于Ⅰ級非自重濕陷場地，因此預(yù)浸水法不適用于本工程。

4　地基處理方案經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)過上述各方案技術(shù)分析，擠密法、樁基礎(chǔ)及預(yù)浸水法在本工程中不適用，故本工程不推薦這三種方案。本工程可采用全部換填墊層和強(qiáng)夯+換填墊層兩種方法對地基進(jìn)行處理，對兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)果見表3。

表3　經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

通過對兩種方案的經(jīng)濟(jì)比較，可以看出采用強(qiáng)夯+換填墊層法進(jìn)行地基處理所產(chǎn)生的費(fèi)用低于僅采用換填墊層法的費(fèi)用。

5　地基處理方案設(shè)計(jì)

5.1地基處理方案

根據(jù)巖土工程勘測報(bào)告，估計(jì)濕陷性土層深度后，結(jié)合設(shè)計(jì)場平高度，站區(qū)需要處理的濕陷性土層厚度如圖1所示。

圖1　濕陷性土層厚度

由上文分析，土層厚度3 m以上時(shí)，可以采用強(qiáng)夯進(jìn)行地基處理，處理范圍見圖2。

圖2　強(qiáng)夯地基處理范圍

地基處理方案為:強(qiáng)夯:面積27 000 m2，主夯夯擊能2 000 N· m，10擊;拍夯夯擊能1 000 N·m，5擊;滿夯夯擊能1 000 N·m;換填: 3∶7灰土換填共13 100 m3，土方不外購。

5.2 GIS基礎(chǔ)特殊處理方案

變電站內(nèi)建、構(gòu)筑物種類較多，根據(jù)不同用途，結(jié)構(gòu)重要性等級、抗震等級不同，對地基強(qiáng)度及變形的要求也各不相同。此外，為保證設(shè)備正常運(yùn)行，電氣專業(yè)對變電站內(nèi)的GIS基礎(chǔ)沉降及不均勻沉降要求很嚴(yán)，高于土建規(guī)范規(guī)定，因此GIS基礎(chǔ)的沉降設(shè)計(jì)對本工程尤其重要。

設(shè)備廠家對GIS及套管的基礎(chǔ)沉降都有較嚴(yán)格的規(guī)定，一般廠家要求:任意兩點(diǎn)間的相對沉降差值小于20 mm，包括大板本身任意兩點(diǎn)間、套管基礎(chǔ)間、大板與套管基礎(chǔ)間。

500 kV GIS對變形要求太嚴(yán)格，并且為長條形，占地面積較大，難以避開回填區(qū)域，只能將其布置于半挖半填區(qū)域，回填區(qū)域深度約0 m～4 m，設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)的措施，避免產(chǎn)生不均勻沉降。

地基處理后對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采取能抵抗不均勻變形的措施。1)按照電氣設(shè)備布置方案，GIS平面布置很不規(guī)則，基礎(chǔ)的整體性不好。參考文獻(xiàn)［3］基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)將GIS基礎(chǔ)底板規(guī)則化，有埋件處設(shè)計(jì)為支墩，在不增加混凝土量的情況下，增加GIS基礎(chǔ)整體性，減少基礎(chǔ)的不均勻沉降; 2) GIS大板基礎(chǔ)頂面和底面分別配雙層雙向鋼筋網(wǎng)，增加大板基礎(chǔ)的柔性; 3)下部采用3∶7灰土，一是阻擋地表水的下滲，二是增強(qiáng)表層地基的均勻性。GIS基礎(chǔ)規(guī)則化布置見圖3，GIS基礎(chǔ)斷面圖見圖4。

圖3　GIS基礎(chǔ)規(guī)則化布置（虛線為常規(guī)布置方案，實(shí)線為規(guī)則優(yōu)化后）

圖4　GIS基礎(chǔ)斷面圖

6　結(jié)語

經(jīng)過對適用于本工程濕陷性地基特點(diǎn)的地基處理方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦采用強(qiáng)夯+換填墊層法地基處理方案。500 kV GIS基礎(chǔ)對地基沉降較為敏感，地基處理后對上部結(jié)構(gòu)采取措施。采取以上處理方案后，該500 kV變電站現(xiàn)已建成一年，運(yùn)行情況良好。

參考文獻(xiàn):

［1］GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］裴增壯，艾兵，陽佳林，等.濕陷性黃土地基處理方案比選與設(shè)計(jì)［J］.建筑技術(shù)，2014，45( 7) :596-598.

［3］賈鵬，劉峰.750 kV GIS基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.青海電力，2011，30(?？? :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

作者簡介:叢培瑞(1983-)，男，碩士，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師;崔進(jìn)波(1986-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-26

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0056-02

中圖分類號:TU472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A