某220kV變電站地基處理專題研究

趙東旭 王麗娜

摘要:在變電站設(shè)計(jì)中，地基處理占有十分重要的地位，直接關(guān)系到工程實(shí)施的可行性，對變電站的選址、總平面布置及總投資都有重大影響。為確保項(xiàng)目順利實(shí)施，在對變電站所在區(qū)域地址進(jìn)行詳勘之后，對比研究多種地基處理方案，以安全可靠為基本原則進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，推薦地基處理最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞: 220kV變電站；地基處理；干振擠密碎石樁；水泥土攪拌樁

1. 工程概況

某220kV變電站位于山東省德州市，變電站內(nèi)主要建、構(gòu)筑物有：35kV生產(chǎn)綜合樓、220kV生產(chǎn)綜合樓、水泵房及保安室、主變壓器基礎(chǔ)、事故油池、消防蓄水池、獨(dú)立避雷針。變電站內(nèi)的建、構(gòu)筑物具有設(shè)備荷載大，對地基沉降要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，因此，保障變電站安全運(yùn)行，地基條件十分重要。

2. 區(qū)域地址條件概述

擬建站址區(qū)域地形平坦，地貌成因類型為沖積平原，地貌類型為平地。擬建站區(qū)地層為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al），巖性為粉土、粘土。根據(jù)野外鉆探描述，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)和原位測試成果，將本次勘測所揭露的地層巖性主要特征及分布規(guī)律自上而下描述如下：

①粉土：灰黃、灰褐等色，局部相變?yōu)榉凵埃喜亢倭恐参锔?，夾①-1粘土層，稍密，稍濕～很濕。該層層厚5.40～8.25m，層底深度7.50～9.70m，層底高程12.07～13.05m。場地內(nèi)普遍分布。地基土承載力特征值 fak 建議采用：fak =90～110kPa。

①-1粘土：棕黃、棕紅等色，可塑狀態(tài)，濕。該層層厚1.25～3.10m，呈夾層狀分布于①粉土中，場地內(nèi)普遍分布。fak =100～120kPa。

②粘土：灰黃、灰褐等色，可塑狀態(tài)，局部軟塑狀態(tài)，很濕，夾②-1粉土層。該層層厚1.10～2.80m，層底深度11.00～13.50m，層底高程8.28～9.55m。場地內(nèi)普遍分布。地基土承載力特征值 fak 建議采用：fak =100～120kPa。

②-1粉土：灰黃、灰褐等色，稍密，很濕。該層層厚0.75～2.40m，呈夾層狀分布于②粘土層中，場地內(nèi)普遍分布。地基土承載力特征值 fak 建議采用：fak =110～130kPa。

③粉土：灰黃、灰褐、青灰等色，局部相變?yōu)榉凵埃悦堋忻?，很濕，夾③-1粘土層。本次勘測未穿透該層，最大揭露厚度為4.80m。場地內(nèi)普遍分布。地基土承載力特征值 fak 建議采用：fak =120～140kPa。

③-1粘土：黃褐、灰黑等色，可塑狀態(tài)，很濕，呈夾層狀分布于③粉土中，最大揭露厚度為2.00m。地基土承載力特征值 fak 建議采用：fak =120～140kPa。

3地基評價

擬建站址區(qū)①粉土、①-1粘土地層地基強(qiáng)度較低，可以作為荷重較輕、對沉降不敏感的一般擬建建（構(gòu)）筑物的天然地基持力層；對于荷重較大且對沉降敏感的主要擬建建（構(gòu)）筑物，當(dāng)能滿足其對地基的強(qiáng)度和變形要求時，可以選擇上述地層作為其天然地基持力層，不能滿足要求時，建議采用人工地基。

②粘土、②-1粉土及以下土層埋深較大，不適于作為擬建建（構(gòu)）筑物天然地基持力層。

4. 地基處理方案

人工地基方案區(qū)域?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)較多，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2002、J 220-2002）和《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5024-2005），主要有墊層法、強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯置換法、干振擠密碎石樁法和水泥土攪拌樁法等。

4.1技術(shù)性比較

對本站址巖土地質(zhì)情況，對比各方法并敘述如下：

(1) 墊層法

墊層法是一種淺層處理軟弱土地基的傳統(tǒng)方法，在軟弱土地區(qū)使用較廣泛，具有因地制宜、就地取材和施工簡便等特點(diǎn)，處理厚度一般為1～3m，通過換填基底下部分軟弱土層，可以提高地基土的承載力和穩(wěn)定性。當(dāng)換填墊層厚度超過3m時，挖、填土方量較大，施工期長，施工質(zhì)量不易保證，且造價較高。本工程軟弱土層下限在6.5m～11.05m左右，變電站內(nèi)全部建、構(gòu)筑物的地基均采用墊層法處理不合適。

(2) 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法又稱為動力固結(jié)法或動力壓實(shí)法。這種方法是反復(fù)將很重的夯錘提高到一定高度使其自由落下，給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基的承載力并降低其壓縮性，改善地基性能。

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。經(jīng)過處理后的地基，既提高了地基的強(qiáng)度，又降低了其壓縮性。

但對于飽和度較高的粉土和粘性土，強(qiáng)夯的效果不顯著。本工程各土層的飽和度平均在95%左右，因此強(qiáng)夯法不適用于本工程。

(3) 強(qiáng)夯置換法

強(qiáng)夯置換法適用于高飽和度的粉土與軟塑～流塑的粘性土等地基上對變形控制要求不嚴(yán)的工程。因變電站中建構(gòu)筑物對變形控制較嚴(yán)格，故強(qiáng)夯置換法也不適用于本工程。

(4) 干振擠密碎石樁法

干振擠密碎石樁法是利用振動方式，在軟弱地基上一邊振動成孔，一邊填入礫石、卵石、碎石等材料并將其擠壓入土中，形成密實(shí)碎石樁的地基處理方法。其基本原理是利用振動法在砂土和粉土中沉入樁管時，對其周圍會產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管將地基中等于樁管體積的土擠向樁管周圍的土層，使地基達(dá)到密實(shí)，從而提高地基承載力，降低孔隙比，減少基礎(chǔ)沉降。

這種方法是一種常用的處理地基的方法，具有施工單位多，施工規(guī)范明確的優(yōu)點(diǎn)。如果按規(guī)范施工，施工質(zhì)量也比較容易控制。

干振擠密碎石樁法可用于本工程的地基處理。

(5) 水泥土攪拌樁法

此法是利用水泥（石灰）等材料作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)在地基深部，就地將軟土和固化劑強(qiáng)制拌合，利用固化劑和軟土發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，凝結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和較高強(qiáng)度的水泥加固體，與天然地基形成復(fù)合地基。

此法在地基加固過程中，無振動、無噪音，對環(huán)境無污染，同時施工期較短，造價低廉，效果顯著。

水泥土攪拌樁法也適用于本工程。

綜合比較各種地基處理方案，干振擠密碎石樁法和水泥土攪拌樁法可用于處理35kV生產(chǎn)綜合樓、主變壓器基礎(chǔ)、220kV生產(chǎn)綜合樓等對地基承載力要求較高的區(qū)域。

4.2 經(jīng)濟(jì)性比較

采用干振擠密碎石樁法和水泥土攪拌樁法進(jìn)行地基處理的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較：

干振擠密碎石樁：樁徑500mm，樁長約12.5m，樁間距1.0m～1.5m，樁數(shù)量3956根，碎石褥墊層體積：2075.63m3，工程造價約204.17萬元。

水泥土攪拌樁：樁徑500mm，樁長約12.5m，樁間距1.0m～1.5m，樁數(shù)量3500根，碎石褥墊層體積：1685.05m3，工程造價約149.14萬元。

從上述比較中可以看出，采用干振擠密碎石樁法工程造價約204.17萬元，采用水泥土攪拌樁法工程造價約149.14萬元，干振擠密碎石樁法費(fèi)用要高于水泥土攪拌樁法約55.03萬元。

5 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)本工程的地層土質(zhì)特性及以上論證，干振擠密碎石樁法和水泥土攪拌樁法均適用于本工程。

水泥土攪拌樁的具體施工參數(shù)：樁端必須穿透軟弱土層，以③層粉土為樁端持力層，樁長約12.5m,樁徑500mm，樁間距1.0m～1.5m，處理范圍：35kV生產(chǎn)綜合樓、主變壓器基礎(chǔ)、220kV生產(chǎn)綜合樓。

本文僅就變電站工程設(shè)計(jì)地基處理方案進(jìn)行簡要論述，以資交流，不足之處還請同行專家不吝賜教。

參考文獻(xiàn)

[1] 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2002）

[2]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002、J 220-2002）

[3]《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5024-2005）