變電站設(shè)備基礎(chǔ)沉降優(yōu)化處理方案的應(yīng)用研究

摘" 要：某220 kV變電站因極端天氣洪水浸泡，導(dǎo)致110 kV副母管母支架基礎(chǔ)不均勻沉降。經(jīng)與傳統(tǒng)處理方式比較，提出可調(diào)基礎(chǔ)的優(yōu)化處理方案。工程實(shí)施表明，該方案不但比傳統(tǒng)處理方式縮短時(shí)間，還能減少電氣設(shè)備的停電次數(shù)，理想情況下可以帶電糾偏；對可能發(fā)生的后續(xù)沉降，還能通過調(diào)整裝置調(diào)節(jié)處理，毋須再次施工加固。

關(guān)鍵詞：變電站；不均勻沉降；基礎(chǔ)沉降；支架傾斜；可調(diào)基礎(chǔ)；糾偏

中圖分類號：TM63" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " "文章編號：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

近年來，隨著我國城市建設(shè)的加快，受電網(wǎng)內(nèi)外部種種因素的影響，各地變電站地基沉降問題頻發(fā)。外部因素主要有變電站外圍造房打樁，雨水不斷，極端天氣洪水浸泡等；內(nèi)部因素主要有因工期緊迫導(dǎo)致土建施工周期不合理，軟土地基回填不到位、夯土不實(shí)等。這些因素的偶合作用，往往引起變電站地基不均勻沉降，造成房子墻體開裂，電纜層、電纜溝下沉，設(shè)備基礎(chǔ)傾斜，開關(guān)柜不能拉出，二次屏柜變形，電氣設(shè)備引線拉緊等，嚴(yán)重威脅著變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

針對變電站地基沉降問題，已有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了種種分析和研究，但基本都圍繞針對沉降原因如何進(jìn)行處理，或如何開展監(jiān)測、預(yù)測分析[1-3]等。少有學(xué)者探索針對地基沉降，既能糾偏加固，又能減少施工及停電時(shí)間的優(yōu)化處理方案。特別是可調(diào)節(jié)基礎(chǔ)在變電站設(shè)備基礎(chǔ)加固糾偏中的應(yīng)用，經(jīng)中國知網(wǎng)、維普期刊等數(shù)據(jù)庫查詢未見報(bào)道。本文試圖結(jié)合工程實(shí)例，對地基沉降比較嚴(yán)重的典型情況——設(shè)備基礎(chǔ)傾斜，提出一種新型的優(yōu)化解決方案，即可調(diào)基礎(chǔ)方案。

1" 變電站設(shè)備基礎(chǔ)沉降概況

某220 kV變電站發(fā)生110 kV副母管母支架傾斜。

1.1" 支架傾斜情況

1）110 kV管母支架基礎(chǔ)傾斜導(dǎo)致桿段傾斜，上部兩相絕緣子底部已開裂，如圖1所示。根據(jù)與周圍基礎(chǔ)目測比對和儀器觀測，該區(qū)域場地整體沉降20 cm左右，支架基礎(chǔ)電纜溝一側(cè)降低，另一側(cè)明顯抬高，桿段底部中心相對沉降不明顯。初步判斷支架基礎(chǔ)整體以樁基為中心傾斜。

2）根據(jù)現(xiàn)場勘查，電纜溝一側(cè)以管母支架基礎(chǔ)作為溝壁，有一檔電纜支架安裝在溝壁上，電纜溝壓頂直接澆筑于溝壁上，兩端已開裂。根據(jù)施工圖要求，電纜溝與基礎(chǔ)相碰時(shí)應(yīng)預(yù)留沉降縫，沉降縫處設(shè)PVC擠塑板。

根據(jù)現(xiàn)場開挖，該處電纜溝底板下部與場地原土已有約5 cm的空隙，電纜溝壁與基礎(chǔ)間設(shè)有縫，電纜溝底板與基礎(chǔ)間未設(shè)縫，整體未形成沉降縫。

1.2" 支架傾斜原因分析

該變電站處于軟土地區(qū)，投運(yùn)第二年曾進(jìn)行沉降排查，當(dāng)時(shí)并未發(fā)現(xiàn)有明顯沉降情況。上一年因受臺(tái)風(fēng)影響，整個(gè)城區(qū)受淹，變電站受淹水位約高出場地50 cm。根據(jù)施工圖階段地質(zhì)勘探的水文情況，變電站地下水位埋深在0.5～1.5 m，地下水位隨季節(jié)變化幅度不大，一般年水位變幅在0.5 m左右。上一年水淹期間，變電站相當(dāng)于增加了5 kN/m2的水壓荷載，持續(xù)時(shí)間約1周。根據(jù)現(xiàn)場勘查，目前整個(gè)場地沉降20 cm左右。

因變電站場地整體沉降明顯，導(dǎo)致以下情況：

1）場地內(nèi)未采用樁基處理的電纜溝、道路等均產(chǎn)生沉降；

2）受沉降影響，副母管母支架樁基承臺(tái)底面可能與場地原土脫開。

電纜溝沉降對周邊相碰的基礎(chǔ)產(chǎn)生下拉力，在正常設(shè)置電纜溝沉降縫的情況下，該下拉力僅為基礎(chǔ)范圍內(nèi)的側(cè)壁電纜、壓頂及蓋板的重力。假如沉降縫設(shè)置不到位，相當(dāng)于一段區(qū)域的電纜溝下沉對基礎(chǔ)產(chǎn)生了下拉力，且遠(yuǎn)大于基礎(chǔ)范圍內(nèi)的電纜溝下拉力；基礎(chǔ)承臺(tái)與樁頂連接處如果還存在缺陷或樁偏位過大的情況，則使基礎(chǔ)單側(cè)受電纜溝下拉力發(fā)生傾斜。

2" 加固糾偏處理方案研究

本次110 kV副母管母支架傾斜處理的基本目標(biāo)如下。

糾正110 kV桿段傾斜，更換受損絕緣子；電纜溝底板與管母基礎(chǔ)脫開，設(shè)置沉降縫；處理110 kV管母承臺(tái)與樁基連接的缺陷隱患；處理方案兼顧基礎(chǔ)可能存在的后續(xù)沉降問題。

因受場地電纜溝、兩側(cè)間隔和上部管母限制，針對本次基礎(chǔ)沉降特點(diǎn)，可能適用的傳統(tǒng)處理方案有：①拆除新建；②混凝土澆筑加固；③注漿加固。另外，考慮到變電站距上次洪水浸泡時(shí)間并不長，可能還會(huì)繼續(xù)沉降，我們嘗試一種可調(diào)節(jié)基礎(chǔ)的優(yōu)化處理方案。

2.1" 處理方案分析

2.1.1" 傳統(tǒng)處理方案

拆除新建。本方案對傾斜的基礎(chǔ)及桿段考慮拆除新建，采用C50混凝土并摻加早強(qiáng)劑，桿段采用鋼管桿，地腳螺栓連接。

本方案施工關(guān)鍵工序：①管母做好臨時(shí)支護(hù)，拆除上部絕緣子及桿段；②基礎(chǔ)拆除，與電纜溝壁重合部分切割保留，電纜溝做好支護(hù)。

需關(guān)注的問題：①經(jīng)核算，上部管母懸挑8 m的撓度約30 cm，在拆除和新建期間必須采用臨時(shí)支撐；②由于電纜溝處電纜支架直接安裝于基礎(chǔ)壁上，電纜需臨時(shí)移位或采取保護(hù)措施；③施工期間對兩側(cè)間隔運(yùn)行也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

混凝土澆筑加固。本方案首先將電纜溝與基礎(chǔ)切割脫開，然后挖除傾斜的基礎(chǔ)周邊回填土，將傾斜的管母基礎(chǔ)機(jī)械糾偏，在基礎(chǔ)周圍（基礎(chǔ)底部以下50 cm、基礎(chǔ)四周30 cm）澆筑混凝土，采用C50混凝土摻早強(qiáng)劑，修復(fù)基礎(chǔ)與樁基可能受損的連接點(diǎn)?；A(chǔ)加固如圖2所示，混凝土先后從中間往兩側(cè)澆筑。沉降縫設(shè)置最佳位置是將電纜移開，沿基礎(chǔ)周邊切開。

本方案施工關(guān)鍵工序：①做好桿段及上部管母臨時(shí)支撐，拆除絕緣子；②挖除基礎(chǔ)三側(cè)回填土，基底以下再下挖0.5 m深；③桿段拉至原位，澆筑加固混凝土；④安裝新絕緣子。

需關(guān)注的問題：①基礎(chǔ)一側(cè)電纜溝電纜支架直接安裝于基礎(chǔ)壁上，開挖時(shí)存在影響，需要臨時(shí)移位或采取保護(hù)措施；②開挖深度達(dá)到2 m；③桿段和上部管母需要臨時(shí)支護(hù)，防止基礎(chǔ)開挖時(shí)基礎(chǔ)及桿段傾斜。

注漿加固。本方案將傾斜的管母基礎(chǔ)機(jī)械糾偏，在基礎(chǔ)周圍和底部進(jìn)行混凝土注漿，水泥漿中摻水玻璃。

需關(guān)注的問題：①注漿僅能對基礎(chǔ)底部和周圍空隙進(jìn)行處理，不能有效處理基礎(chǔ)承臺(tái)與樁基的連接缺陷，后期可能由于場地進(jìn)一步沉降產(chǎn)生傾斜；②電纜溝處注漿封閉較困難。

2.1.2" 優(yōu)化處理方案——可調(diào)基礎(chǔ)方案

本方案將電纜溝與基礎(chǔ)脫開，挖除基礎(chǔ)周邊回填土，在基礎(chǔ)下部兩側(cè)各制作2個(gè)承臺(tái)墩（前后左右共4個(gè)。承臺(tái)墩的制作有多種方案，詳見3.1），在基礎(chǔ)上部兩側(cè)用鋼筋延伸各制作2個(gè)鋼混調(diào)整墩（前后左右共4個(gè)），在承臺(tái)墩與調(diào)整墩之間安裝升降調(diào)整裝置（共4套），如圖3所示。承臺(tái)與調(diào)整臺(tái)形成分離的2部分，整套裝置安裝調(diào)試后，利用調(diào)整裝置將傾斜的管母支架糾偏至正常位置（詳見下第3節(jié)）。

本方案考慮不久前整個(gè)變電站受洪水浸泡，地基沉降可能還未處于穩(wěn)定，增加了前后左右4套調(diào)整裝置，上下分別均可調(diào)節(jié)的思路。

本方案施工關(guān)鍵工序：①挖除基礎(chǔ)周邊回填土；②制作承臺(tái)墩、鋼混調(diào)整墩；③安裝、調(diào)試升降調(diào)整裝置；④管母支架糾偏、安裝新絕緣子。

需關(guān)注的問題：①鋼混調(diào)整墩制作時(shí)，因鉆孔較多，可能會(huì)對原基礎(chǔ)產(chǎn)生一定的影響，視情況可采用碳纖維等材料適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)；②為保證施工期間的安全，施工前需先對傾斜支架作好防傾倒安全措施。

2.2" 處理方案比較

每個(gè)方案都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，但目標(biāo)方案首要條件是滿足電網(wǎng)的特殊要求：①安全風(fēng)險(xiǎn)小或風(fēng)險(xiǎn)可控；②停電時(shí)間短，停電次數(shù)少；③處理盡量徹底。方案的最終選擇，應(yīng)綜合考慮以上3點(diǎn)。從表1可見，優(yōu)化方案即可調(diào)基礎(chǔ)方案，安全風(fēng)險(xiǎn)可控，處理徹底，工期最短，且僅停電一次，在四者之中最符合上述目標(biāo)。

3" 可調(diào)基礎(chǔ)的應(yīng)用

本糾偏工程采用可調(diào)基礎(chǔ)方案。因承臺(tái)是后續(xù)糾偏處理的主要支撐點(diǎn)，這一方案的最關(guān)鍵工序就是承臺(tái)的制作。

3.1" 承臺(tái)制作安裝方案研究

按目前地基基礎(chǔ)施工技術(shù)，承臺(tái)的制作安裝方式主要有以下3種。

3.1.1" 注漿方式

注漿方式即在承臺(tái)墩與原管樁間注入混凝土水泥漿，水泥漿中摻加水玻璃，待水泥漿硬化固結(jié)后承臺(tái)墩與原管樁便膠結(jié)于一起，形成承臺(tái)，如圖4所示。這種安裝方式簡單實(shí)用，承臺(tái)制作時(shí)毋須停電，但承臺(tái)的載荷能力小于以下2種。

3.1.2" 錨桿靜壓樁方式

即在每個(gè)承臺(tái)墩下面打入一小管形樁，如圖5所示，可采用錨桿靜壓的方式成樁，管樁頂部與承臺(tái)墩鋼筋聯(lián)接后形成承臺(tái)。這種成樁方式無震動(dòng)、無噪聲、場地占用少，對周邊影響小，安全性好，毋須停電，且載荷能力強(qiáng)。

3.1.3" 與原基礎(chǔ)鋼筋聯(lián)接方式

與調(diào)整墩的制作方式類似，采用在原基礎(chǔ)下部兩側(cè)鉆孔，伸入鋼筋相連的方式制作鋼混承臺(tái)墩（共4個(gè)）。在調(diào)整墩與承臺(tái)墩之間安裝鏍桿調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整鎖定調(diào)節(jié)裝置后，將原基礎(chǔ)在承臺(tái)墩與調(diào)整墩之間水平切割分離，分別形成了下半部的承臺(tái)與上半部的調(diào)整臺(tái)，如圖3所示。這種承臺(tái)的制作方式不需要停電，但對安裝人員的技術(shù)要求相對較高。另外，這種可調(diào)基礎(chǔ)的制作方式要求原基礎(chǔ)與管樁頂端并未完全脫開，而是仍以鋼筋相連（若有脫開等缺陷，也可采取注漿等方式修復(fù)）。

工程實(shí)施中，上述3種方式究竟采用哪一種，可根據(jù)現(xiàn)場條件和基礎(chǔ)開挖情況確定。

3.2" 工程實(shí)施

本工程承臺(tái)墩的制作采用與原基礎(chǔ)鋼筋聯(lián)接方式，圖6是正在施工中的可調(diào)基礎(chǔ)。

工程實(shí)施中的關(guān)鍵工序：

1）挖除基礎(chǔ)周邊回填土，做好防基礎(chǔ)傾斜安全支護(hù)措施；

2）基礎(chǔ)與電纜溝壁聯(lián)接部分垂直靜態(tài)切割，基礎(chǔ)側(cè)面碳纖維加固；

3）鋼混承臺(tái)墩制作（共4組），鋼混調(diào)整墩制作（共4組）；

4）調(diào)整鎖定裝置制作、安裝、調(diào)試（共4套）；

5）承臺(tái)、調(diào)整臺(tái)上下水平切割分離；

6）利用調(diào)整裝置，對支架傾斜和垂直狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，更換上部損壞的支撐絕緣子；

7）調(diào)整裝置防腐保護(hù)。

本次工程實(shí)施有條不紊，安全可控。工程從施工隊(duì)伍進(jìn)場至支架基礎(chǔ)加固糾偏完畢僅耗時(shí)10 d。最后一天停電1次，從工作票許可到處理完成僅2 h。4個(gè)鋼混承臺(tái)墩與4個(gè)鋼混調(diào)整墩的制作是在原基礎(chǔ)兩側(cè)面鉆孔插入鋼筋，連接延伸后澆筑混凝土而成，事先用碳纖維加固。承臺(tái)與調(diào)整臺(tái)分別由鋼混承臺(tái)墩與原基礎(chǔ)相連部分，鋼混調(diào)整墩與原基礎(chǔ)相連部分，水平分割而成，分離切割前應(yīng)通過調(diào)整裝置連接牢固后鎖定，以防失控。后續(xù)支架糾偏分別調(diào)節(jié)4個(gè)調(diào)整裝置的鏍桿行程即可。

4" 結(jié)束語

本工程采用了不同于傳統(tǒng)處理方式的優(yōu)化處理方案——可調(diào)基礎(chǔ)方案，至今已正常運(yùn)行多年，其穩(wěn)定性經(jīng)受住了時(shí)間的檢驗(yàn)。

1）本工程如采用傳統(tǒng)處理方案至少需停電2次，而采用可調(diào)基礎(chǔ)方案最多只要停電一次，理想情況下還能帶電處理，且施工時(shí)間更短。

2）如果后續(xù)地基沉降尚未穩(wěn)定，該基礎(chǔ)再次發(fā)生傾斜，僅需調(diào)節(jié)調(diào)整裝置中的鏍桿行程即可糾偏，毋須再次施工和停電。

3）應(yīng)用可調(diào)基礎(chǔ)加固糾偏思路，還能擴(kuò)大到類似變電站的其他設(shè)備基礎(chǔ)，具有很大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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