變電站深厚填土地基防滲設(shè)計及地基處理

侯光榮

（佛山電力設(shè)計院有限公司，廣東 佛山 528200）

0 引言

某500 kV變電站選址于惠州市仲愷區(qū)潼湖鎮(zhèn)，站址北面為500 kV福東線路鐵塔，西南側(cè)緊鄰新光村水庫。由于變電站的征地難度大，上游保留了部分魚塘，使得變電站填土更厚，如果不做好填方區(qū)基礎(chǔ)處理與防滲處理，水滲透可能會導(dǎo)致填方區(qū)水土流失、地基變形、設(shè)備不能正常運(yùn)行，威脅變電站的安全運(yùn)行。因此在布置常規(guī)排水系統(tǒng)外，還需要針對填方區(qū)采取的特殊防滲處理措施及深厚填土地基處理問題進(jìn)行分析論證，確保變電站的安全運(yùn)行[1-3]。

1 工程概述

500 kV變電站站址地貌由兩山夾一魚塘構(gòu)成，最大高差為62 m。為了減少挖填方工程量和高邊坡的治理費(fèi)用，對常規(guī)布置、部分SF6氣體絕緣封閉式 組 合 電 器（Hybird Gas Insulated Switchgear，HGIS）布置、戶內(nèi)SF6絕緣全封閉式組合電氣器（Gas Insulated Switchgear，GIS）方案的綜合經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較，確定HGIS布置方案的經(jīng)濟(jì)性較好。

為使HGIS布置方案各項指標(biāo)更優(yōu)，保證變電站與新光村水庫、500 kV鐵塔的安全距離滿足規(guī)范要求，對場地設(shè)計標(biāo)高、500 kV出線方向、進(jìn)站道路入口進(jìn)行不同組合，最終決定將500 kV配電裝置布置在東側(cè)，220 kV配電裝置布置在西側(cè)，中部布置主變壓器和35 kV配電裝置，由南側(cè)進(jìn)站。經(jīng)評估，全站場地設(shè)計標(biāo)高為42.5 m高程時造價最優(yōu)。總平面布置圖見圖1。

圖1 總平面布置圖

從圖1可以看出，該方案避免了超高挖方邊坡，但500 kV配電裝置位于21 m深厚填方區(qū)。500 kV場地上游保留了部分魚塘，也出現(xiàn)21 m高差的填方邊坡，因此填方邊坡防滲處理、地下水排出、深厚填土地基處理、填土厚度不均勻而產(chǎn)生的不均勻沉降等問題是本工程設(shè)計面臨的難題，以下按照施工的先后順序?qū)χ饕獑栴}進(jìn)行分析論證。

2 工程設(shè)計要點(diǎn)

2.1 復(fù)合防滲墻

經(jīng)計算，本站設(shè)計標(biāo)高高于北邊東江100年洪水位及附近新光村水庫壩頂高程，但附近地形呈簸箕形，填方區(qū)完全堵死了小流域范圍內(nèi)洪水的出口。對于上游魚塘，本站填土起到了土壩的作用，為了防止上游魚塘水長期滲透會帶走填土中的細(xì)小顆粒，造成填方區(qū)水土流失和下沉，考慮到填方區(qū)上部是500 kV聯(lián)合構(gòu)架和HGIS設(shè)備，因此必須做防滲設(shè)計。

常用的邊坡防滲（或防沖刷）措施就是在迎水面鋪400 mm的漿砌石護(hù)面或現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板，但漿砌石護(hù)坡或鋼筋混凝土面板易受溫度、人類活動等因素影響而出線裂縫，不能保證防滲效果。

經(jīng)過論證比較，并參考土石壩中黏土心墻的做法[1]，決定采用黏土心墻+高壓旋噴樁組成復(fù)合防滲墻。該方案造價適中，且具有雙重防滲功能，免維護(hù)，施工相對簡單、質(zhì)量有保證。為了避免與站內(nèi)管線交叉及施工沖突，將其布置在填方邊坡馬道上，邊坡及復(fù)合防滲墻示意圖見圖2。

圖2 邊坡及復(fù)合防滲墻示意圖

黏土心墻厚度3.5 m，要求用黏粒含量30%~40%或塑性指數(shù)為17~20的優(yōu)質(zhì)黏土填筑，同時要嚴(yán)格控制有機(jī)物含量小于1%，水溶巖含量小于3%。高壓旋噴樁直徑為800 mm，采用雙管法施工，使用32.5級以上硅酸鹽水泥，水泥含量300 kg/m。水泥土強(qiáng)度不小于5 MPa。

復(fù)合防滲墻的具體做法如下：

（1）在魚塘清淤驗槽合格后，按設(shè)計位置開挖3.5 m×1.5 m的基槽，分層碾壓回填優(yōu)質(zhì)純粘土，壓實(shí)系數(shù)0.94，回填到與排水墊層頂平即可。

（2）排水墊層施工結(jié)束后，在同一位置繼續(xù)回填優(yōu)質(zhì)黏土，其他位置同時填土，交替分層回填碾壓至第一次強(qiáng)夯要求的標(biāo)高即可。

（3）進(jìn)行第一次強(qiáng)夯施工并檢測合格。

（4）按照（2）、（3）步驟循環(huán)直至完成所有站區(qū)填土。

（5）用雙排800 mm的高壓旋噴樁相互重疊200 mm在黏土心墻中部形成1.4 m厚的素混凝土墻。要求高壓旋噴樁上端高于魚塘100年水位線2.0 m，下端超過黏土心墻底部1.0 m。采用抽芯法等方法檢驗高壓旋噴樁施工質(zhì)量合格即可。

2.2 地下水排出系統(tǒng)

變電站填方區(qū)位于魚塘及其下游的低洼處，清淤后站內(nèi)填方區(qū)域形成V字形地形。由于兩邊高山及上游魚塘的原因，填方區(qū)始終有地下水滲出，竣工后也有站內(nèi)雨水、山坡雨水、甚至上游魚塘水下滲到填方區(qū)，造成水土流失；考慮到復(fù)合防滲墻是保證填方區(qū)整體穩(wěn)定性的第一道防線，決定在填土區(qū)底部設(shè)置排水墊層和排水盲溝，構(gòu)成填土底部排水系統(tǒng)。

排水墊層可以保證地下水快速匯集到排水盲溝中，避免新填土被地下水軟化、新老土層之間形成軟弱土層，也可保證施工機(jī)械正常進(jìn)場作業(yè)[4-5]。排水盲溝可以快速排出匯集的地下水及上游魚塘滲入填方區(qū)底部的水。由于排水盲溝由兩層土工布包裹碎石而成，可以保證填土中細(xì)小顆粒不被帶走。

排水系統(tǒng)的具體做法如下：

（1）沿征地線外側(cè)在魚塘中填筑施工圍堰，抽干征地范圍內(nèi)魚塘水。

（2）挖除魚塘和下游低洼處軟弱土層，直到露出老土為止。

（3）沿填方區(qū)V字形地形的最低點(diǎn)設(shè)截面為2.0 m×1.5 m的排水盲溝，排水盲溝的路徑沿清淤后地形的最低點(diǎn)設(shè)置，并確保有1%~3%的坡度，局部稍高處開槽，保證地下水順暢排出填方區(qū)流到站外明溝。同時沿復(fù)合防滲墻下游邊線也設(shè)置截面為2.0 m×1.5 m的排水盲溝，排水盲溝整體呈T字形布置（見圖1）。排水盲溝采用人工碎石，外包兩層土工布。

（4）排水墊層采用600 mm厚的級配砂石鋪成，沿填方區(qū)V字形的底部和兩邊滿鋪。排水墊層的鋪填上線要高于魚塘100年水位線1.0 m。

（5）地下水排出系統(tǒng)經(jīng)驗收合格后方可進(jìn)行上部填土施工。

2.3 魚塘水強(qiáng)排系統(tǒng)

本站附近地形呈簸箕形，填方區(qū)完全堵死了小流域范圍內(nèi)洪水的出口，小流域范圍內(nèi)的降雨全部匯集在上游魚塘中，沒有任何出口可以泄流，魚塘水只能通過蒸發(fā)、滲透逐漸減少，隨著時間的推移，魚塘水位會越來越高，直至超過100年水位或防滲墻高度。為了保證變電站的長期安全運(yùn)行，在填方邊坡35.5 m標(biāo)高平臺上按照2用1備的原則設(shè)置3臺大功率水泵。當(dāng)魚塘水位達(dá)到50年水位時，開啟1臺水泵抽水；當(dāng)魚塘水位達(dá)到100年水位時，開啟2臺水泵抽水；在臺風(fēng)或暴雨來臨前提前抽水使水位降到50年一遇水位以下。

2.4 深厚填土地基處理

通過以上措施可以保證本站填方區(qū)的整體穩(wěn)定不受上游魚塘的影響。為了滿足填方區(qū)建構(gòu)筑物對地基承載力和變形的要求，根據(jù)規(guī)范要求和其他工程經(jīng)驗，采用分層強(qiáng)夯法處理填土地基[6-8]。

填土按虛鋪500 mm一層、分層碾壓施工，邊坡部分的壓實(shí)系數(shù)不小于0.94，其他部分不小于0.92；要逐層檢驗合格后方可繼續(xù)上層填土，填土中強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖比例較高，為保證填土質(zhì)量，要求粒徑大于300 mm的塊石必須進(jìn)行二次破碎，方可用于回填。

本站最大填土厚度為21 m，結(jié)合邊坡分級的高度，當(dāng)填土厚度達(dá)到7 m、14 m、21 m時用4000 kN·m的能量進(jìn)行強(qiáng)夯。

每層強(qiáng)夯結(jié)束后，間隔7~10 d進(jìn)行地基承載力檢測。要求處理后填土的承載力特征值達(dá)到180 kPa，同時需通過現(xiàn)場直剪試驗測定填土的黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ值。

根據(jù)檢測報告，填土承載力均達(dá)到180 kPa，滿足設(shè)計要求。6組現(xiàn)場直剪試驗測得c=22 kPa、φ=35°，利用理正軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.42，達(dá)到了一級邊坡要求。

2.5 500 kV聯(lián)合構(gòu)架地基處理

經(jīng)過強(qiáng)夯處理及靜載試驗，新填土地基承載力特征值均到達(dá)180 kPa，完全滿足道路、圍墻、設(shè)備支柱、HGIS設(shè)備基礎(chǔ)的要求。由于填方區(qū)填土形狀呈V字形，500 kV聯(lián)合構(gòu)架下填土厚度范圍為5~21 m，沉降差不能滿足規(guī)范要求，因此需采用樁基再處理聯(lián)合構(gòu)架地基。根據(jù)地質(zhì)報告結(jié)論，填方區(qū)巖面傾斜較大，推薦采用旋挖成孔灌注樁處理聯(lián)合構(gòu)架地基，該方法施工周期短，費(fèi)用較低。

旋挖成孔灌注樁直徑1000 mm，以中風(fēng)化砂巖做持力層，樁端入中風(fēng)化砂巖1.0 m。由于基巖面傾斜，樁基施工前必須逐樁做超前鉆才可準(zhǔn)確確定持力層和樁長。

3 結(jié)束語

該變電站通過對深厚填土的強(qiáng)夯處理，同時在填方區(qū)采用復(fù)合防滲墻、地下水排出系統(tǒng)和水泵強(qiáng)排系統(tǒng)，最大限度地減少了上游魚塘對變電站填方區(qū)穩(wěn)定性的影響。500 kV聯(lián)合構(gòu)架采用旋挖成孔灌注樁處理地基，為變電站的安全運(yùn)行打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

本站地形復(fù)雜，但經(jīng)過精心設(shè)計，目前已順利投產(chǎn)兩年。經(jīng)過監(jiān)測，填方邊坡和填方區(qū)地基變形均滿足規(guī)范要求。復(fù)合防滲墻、地下水排出系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果。