220 kV變電站地基處理設(shè)計(jì)

林精銳

（廣東省梅州市嘉安電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東 梅州 514000）

1 220 kV油坑變電站項(xiàng)目概況

1.1 基本情況

220 kV 油坑變電站位于廣東省蕉嶺縣新鋪鎮(zhèn)福嶺村，站址原為新福水泥廠（圖1為拆除前的水泥廠原貌）。該址西北臨S332省道，西南臨新鋪鎮(zhèn)中心，東北距蕉嶺縣約15 km，西南距梅州市約28.8 km。

該地區(qū)原始地貌為丘陵，為水泥生產(chǎn)場(chǎng)地，水泥廠初步拆除后，地塊標(biāo)高介于92.00～113.10 m之間，高差較大。另外，水泥廠原廠房基礎(chǔ)拆除后，留有多處較深基坑，須針對(duì)具體情況開(kāi)挖、回填、夯（壓）實(shí)處理。

圖1 220 kV油坑變電站項(xiàng)目場(chǎng)地原狀（新福水泥廠原貌）

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)勘察報(bào)告，220 kV 油坑變電站項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)的主要地基土層厚度不均勻，土質(zhì)存在較大差異，勘察深度范圍內(nèi)揭露的土層如表1所示。

由表1 可見(jiàn)，變電站場(chǎng)地內(nèi)地基土層厚度分布不均勻，土層分布較無(wú)規(guī)律。在考慮科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)性等前提下，采用恰當(dāng)?shù)牡鼗幚硇褪胶秃线m的基礎(chǔ)方案尤為重要，關(guān)系到變電站建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全，運(yùn)行安全等。

2 地基處理的必要性

變電站建（構(gòu)）筑物對(duì)承載力和變形有一定要求，變電站場(chǎng)地沉降太大，嚴(yán)重則影響變電站的運(yùn)行安全，輕則引起道路、圍墻等開(kāi)裂，地下管溝拉斷等。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，變電站部分建（構(gòu)）筑物持力層處于回填土層，采用天然地基不能滿足承載力和變形要求，因此需對(duì)主要建（構(gòu)）筑物進(jìn)行地基處理。

站址區(qū)域清理干凈后場(chǎng)地自然高程標(biāo)高為92.00～113.10 m。為減少站區(qū)土方的挖填方量和外運(yùn)外購(gòu)方量，站區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高設(shè)計(jì)綜合考慮站區(qū)周邊地形特點(diǎn)，按照挖填平衡的原則，場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高定為99.50 m，站區(qū)總平面采用平坡式設(shè)計(jì)。站區(qū)較大范圍（20000 m2以上）存在5～8 m的深回填區(qū)。其余場(chǎng)地為挖填平衡區(qū)和挖方區(qū)。

表1 220 kV油坑變電站地基土質(zhì)情況

3 220 kV油坑變電站地基分區(qū)設(shè)計(jì)方案

3.1 本工程場(chǎng)地特點(diǎn)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，基于本工程地質(zhì)特殊性：場(chǎng)地內(nèi)存在較厚的回填土（厚度約為3.00～8.00 m）；場(chǎng)地現(xiàn)狀為已廢棄的新福水泥廠，廠區(qū)生產(chǎn)及生活建構(gòu)筑物尚未拆除。廠區(qū)內(nèi)建構(gòu)筑物爆破拆除時(shí)對(duì)地基的擾動(dòng)影響。由于新福水泥廠建廠于20世紀(jì)80年代，建廠時(shí)間較久遠(yuǎn)，資料缺失嚴(yán)重，尚未收集到新福水泥廠建構(gòu)筑物相關(guān)圖紙。對(duì)于廠區(qū)建筑物基礎(chǔ)埋深尚不能確定。但廠區(qū)內(nèi)破碎車(chē)間，窯爐等生產(chǎn)建構(gòu)筑由于體型較大，高度近30 m，推測(cè)基礎(chǔ)埋深可能較深。建筑物基礎(chǔ)挖除時(shí)造成現(xiàn)狀實(shí)土層受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)。

考慮到上述等種種因素，故須對(duì)廠區(qū)內(nèi)場(chǎng)地進(jìn)行處理。采用有針對(duì)性、經(jīng)濟(jì)合理的場(chǎng)地處理方案，根據(jù)該工程地質(zhì)特點(diǎn)，本專(zhuān)題設(shè)計(jì)并比較以下2 個(gè)方案，并確定最優(yōu)方案進(jìn)行地基處理。

3.2 地基處理設(shè)計(jì)方案

3.2.1 方案一：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁加換填處理

主要建構(gòu)筑物：主控通信樓、配電裝置樓、巡檢樓、屋外配電裝置及構(gòu)架、警傳室、消防水泵房與水池、主變壓器基礎(chǔ)等采用直徑400 mm 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC）基礎(chǔ)、設(shè)備支架基礎(chǔ)采用直徑300 mm預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC）基礎(chǔ)。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的地層參數(shù)、成樁工藝等選擇樁型和持力層，將建（構(gòu)）筑物荷載傳遞至深層的較好土層，以達(dá)到降低差異沉降和總沉降的目的。

單樁豎向抗壓承載力特征值特征值按以下公式計(jì)算：

式中：qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Ap為樁端橫截面面積，m2；u為樁身周長(zhǎng)，m；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；li為樁周第i層土厚，m。

根據(jù)地質(zhì)資料，以粉質(zhì)黏土層或全風(fēng)化巖層可作為樁端持力層，樁型選擇直徑400 mm（直徑300 mm）預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。

站內(nèi)道路、電纜溝及溝道：本工程站區(qū)下回填土厚度約為3.00～8.00 m 左右。根據(jù)地質(zhì)資料，基礎(chǔ)以粉質(zhì)黏土為持力層，地基承載力特征值為160 kPa，對(duì)回填土進(jìn)行分層碾壓，分層厚度不大于300 mm（控制最優(yōu)含水量），壓實(shí)系數(shù)大于0.94，地基承載力特征值大于150 kPa。壓實(shí)填土地基承載力特征值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試（靜載荷試驗(yàn)、靜力觸探等）結(jié)果確定?；靥钔临|(zhì)量須滿足GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)要求。

3.2.2 方案二：強(qiáng)夯方案

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。

強(qiáng)夯法是用起重機(jī)械將大噸位夯錘起吊到6～30 m高度后，自由落下，給地基土以強(qiáng)大的沖擊能量的夯擊，使土中出現(xiàn)沖擊波和很大的沖擊應(yīng)力，迫使土層孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和氣體溢出，使土粒重新排列，經(jīng)時(shí)效壓密達(dá)到固結(jié)，從而提高地基承載力，降低其壓縮性的一種有效的地基加固方法，也是目前最為常用和最經(jīng)濟(jì)的深層地基處理方法之一。

強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，也可按下列公式估算：

式中：M為夯錘重力，kN；h為落距(錘底至起夯面距離)，m；K為擇減系數(shù)，與土質(zhì)、能級(jí)、錘型、錘底面積、工藝選擇等多種因素有關(guān)，一般黏性土取0.50，砂性土取0.70，黃土取0.35～0.50。

強(qiáng)夯的單位夯擊能量，應(yīng)根據(jù)地基土類(lèi)別、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定。

夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。

夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，一般情況下，可采用2～3遍，最后再以低能量夯擊一遍。對(duì)于滲透性弱的細(xì)粒土，必要時(shí)夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加。兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔。間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。當(dāng)缺少實(shí)測(cè)資料時(shí)，可根據(jù)低級(jí)土的滲透性確定，對(duì)于滲透性較差的黏性土地基的間隔時(shí)間，應(yīng)不少于3～4周；對(duì)于滲透性好的地基土可連續(xù)夯擊。

表2 方案主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點(diǎn)間距可取5～9 m，以后各遍夯擊點(diǎn)間距可與第一遍相同，也可適當(dāng)減小。對(duì)于處理深度較大或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點(diǎn)間距宜適當(dāng)增大。

強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍。每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為設(shè)計(jì)處理深度的1/2～2/3。并不宜小于3 m。

根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù)，提出強(qiáng)夯試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試夯。應(yīng)根據(jù)不同土質(zhì)條件待試夯結(jié)束一至數(shù)周后，對(duì)試夯場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試，并與夯前測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果，確定工程采用的各項(xiàng)強(qiáng)夯參數(shù)。

針對(duì)本工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)本工程填方深度最大處約為8 m（已按場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高考慮）。所以考慮二次填土，采用兩遍強(qiáng)夯施工的方案實(shí)施，以減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。根據(jù)站區(qū)的填土范圍和深度，先對(duì)整個(gè)場(chǎng)區(qū)回填土，然后進(jìn)行第一次強(qiáng)夯處理，一遍點(diǎn)夯，一遍滿夯。施工參數(shù)按如下選擇：點(diǎn)夯單擊夯擊能取3000 kN·m（夯擊2 遍，單點(diǎn)擊數(shù)8 擊），滿夯單擊夯擊能取1000 kN·m（夯擊2遍），并滿足收錘標(biāo)準(zhǔn)（滿足下列條件之一：最后兩擊平均夯沉量控制在50 mm 以內(nèi)；夯坑周?chē)怀霈F(xiàn)過(guò)大隆起；不因夯坑過(guò)深而發(fā)生起錘困難）。滿夯：每點(diǎn)夯擊數(shù)1～2 擊。夯點(diǎn)布置：點(diǎn)夯按等腰三角形布置，呈梅花型，滿夯。夯點(diǎn)以0.7D（夯錘直徑）間距相互搭接施工。施工開(kāi)始前進(jìn)行試夯，施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)試夯和現(xiàn)場(chǎng)跟蹤檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

站內(nèi)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)形式：主控通信樓、配電裝置樓、巡檢樓、警傳室及泵房基礎(chǔ)：以強(qiáng)夯后的回填土作為基礎(chǔ)持力層；采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。主變及電容器基礎(chǔ)：以強(qiáng)夯后的回填土作為基礎(chǔ)持力層；采用筏板基礎(chǔ)或獨(dú)立基礎(chǔ)。220 kV、110 kV 及主變構(gòu)支架基礎(chǔ)：以強(qiáng)夯后的回填土作為基礎(chǔ)持力層，采用杯口基礎(chǔ)。事故油池及消防水池：均為鋼筋混凝土底板，天然地基，以粉質(zhì)黏土作為基礎(chǔ)持力層。圍墻基礎(chǔ)：以強(qiáng)夯后的回填土作為基礎(chǔ)持力層，采用墻下毛石條形基礎(chǔ)。道路、電纜溝基礎(chǔ)：以強(qiáng)夯后的回填土作為基礎(chǔ)持力層。強(qiáng)夯施工工藝簡(jiǎn)單，結(jié)合本工程場(chǎng)地回填的要求，施工工期40～50天控制，強(qiáng)夯面積總計(jì)約為27000 m2，費(fèi)用約170萬(wàn)元。

3.3 方案比較和選定

兩個(gè)地基處理方案主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表2所示。

通過(guò)比較以上2 種地基處理方案，結(jié)合本工程的其他因素考量，最終采用了方案二，工程施工過(guò)程順利，工期進(jìn)度可控，施工效果達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，地基處理費(fèi)用未超出概算費(fèi)用，效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

地基處理作為變電站施工的重要組成部分，其施工效益直接影響著變電站輸配電的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

從本工程的實(shí)施效果看，工程地基處理工期如期完成，地基基礎(chǔ)處理費(fèi)用達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)，工程實(shí)施效果良好，完全達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。