地下水與變電站建設(shè)的研究

蔡立川（四川錦能電力設(shè)計有限公司，四川　成都　610000）

地下水與變電站建設(shè)的研究

蔡立川
（四川錦能電力設(shè)計有限公司，四川成都610000）

在變電站的選址設(shè)計和建設(shè)中，必須做好水文地質(zhì)的勘測。而地下水的埋藏條件，更是評價水文地質(zhì)條件的重要依據(jù)，必須通過詳細(xì)觀察地下水位、采取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，以及進(jìn)行抽水試驗等等，詳細(xì)了解地下水的動態(tài)規(guī)律和變化趨勢，并以此提出相應(yīng)的防治措施與建議。本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，從地下水對變電站建設(shè)的影響出發(fā)，并就相應(yīng)的防治水策略進(jìn)行了分析與探討。

地下水；變電站；建設(shè)；設(shè)計

影響變電站選址設(shè)計和正常建設(shè)生產(chǎn)的水文地質(zhì)因素，主要包括了地下水水位、地下水水量以及地下水酸堿度這三個因素。其中，地下水水位的變化及動態(tài)規(guī)律，將可能對變電站建筑物及構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)及性能造成影響；而地下水水量、水質(zhì)，則決定了變電站建設(shè)和日常生產(chǎn)中水源的補給和取水方式；地下水的酸堿度或各類離子含量，則會直接影響到變電站建筑物及構(gòu)筑物的鋼筋、混凝土、線纜等的耐久性，當(dāng)其腐蝕性過高時必須采取相應(yīng)的防腐蝕方案。

表1　各類井點降水法的適用范圍表

一、地下水水位對變電站建設(shè)的影響及防治策略

1地下水水位對變電站基礎(chǔ)抗拔力的影響

變電站構(gòu)支架基礎(chǔ)，在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)驗算其抗拔系數(shù)，當(dāng)建筑基礎(chǔ)處于地下水水位以下時，必須考慮到浮力的影響。本文以某變電站基礎(chǔ)設(shè)計為例，分析地下水水位對變電站基礎(chǔ)抗拔力的具體影響。某構(gòu)架基礎(chǔ)采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)階梯式基礎(chǔ)，其底板平面尺寸和第一階梯的平面尺寸分別為2×2m和 1×1m，每一級的階梯高度為0.5m，基礎(chǔ)埋深為2.5m。構(gòu)架基礎(chǔ)抗拔穩(wěn)定條件為：

在上式（1）中，T是指構(gòu)架基礎(chǔ)的上拔力；G和G0則分別是指基礎(chǔ)的自重以及基礎(chǔ)底板上的土重；KG則是指短期荷載作用下，所驗算得出的基礎(chǔ)的抗拔穩(wěn)定系數(shù)，取值為1.0。當(dāng)不考慮地下水位時，基礎(chǔ)極限抗拔力Tmax=（G+G0）×0.9為171kN；而當(dāng)?shù)叵滤辉?m標(biāo)高時，計算出該基礎(chǔ)的極限抗拔力Tmax的值為94.5kN。前后的比值94.5/171=0.55，由此可以看出地下水水位的變化，對變電站基礎(chǔ)的抗拔有較大的影響，其抗拔力下降了約45%，因此在變電站設(shè)計時，構(gòu)架或存在傾覆條件的支架基礎(chǔ)必須考慮到地下水水位的變化。

2地下水對變電站內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的影響

變電站在設(shè)計選址時，一般不宜選址在軟土地基上，因為其存在含水量豐富、承載力低以及壓縮量較高等問題，也容易發(fā)生不均勻沉降或基坑坍塌等現(xiàn)象，影響到變電站的建設(shè)和正常運行。部分地區(qū)選址困難，不可避免軟土地基時，就必須考慮到地下水水位的變化影響，并采取有效的排水加固措施，以保證變電站的正常施工建設(shè)。

目前，變電站建設(shè)中較為常見的軟土地基的處理技術(shù)有：固化劑法、深層攪拌法、真空預(yù)壓法、土工合成材料法、振沖碎石樁法、灰土擠密樁法等等，以上方法都可以起到降低地下水位，提高變電站地基土強度的目的。以真空預(yù)壓法為例，該方法是在需要加固的軟土地基中內(nèi)部設(shè)置塑料排水板，然后在外層設(shè)置砂墊層和吸水管道，并利用真空裝置進(jìn)行抽氣，使地基內(nèi)外層產(chǎn)生氣壓差，從而進(jìn)行排水、排氣。真空預(yù)壓法的特點是施工工藝及施工設(shè)備均較為簡單，可以大面積的施工建設(shè)，且施工時間較短。

灰土擠密樁法，可在地基中成孔并分層填入灰土進(jìn)行夯實。這種方法可以得到柔性樁復(fù)合地基，并適用于濕陷性黃土、雜填土、素填土等地基的地下水排除和加固，其處理深度通常在5m～15m左右?；彝翑D密樁法的特點是施工簡便，且不需要開挖和回填施工，其填料多就地取材，施工造價也較低。

3地下水對變電站基坑建設(shè)的影響

在變電站基礎(chǔ)施工建設(shè)過程中，當(dāng)基坑內(nèi)外的地下水位差較大時，就容易出現(xiàn)潛蝕、流砂、管涌、滲透等破壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致基坑邊坡失穩(wěn)，并對變電站建筑物結(jié)構(gòu)及施工安全造成影響。為此，在變電站基坑開挖施工中，還必須采取切實可行的治水方案，以有效保證工程建設(shè)質(zhì)量與施工安全。目前，為盡量降低地下水水位對變電站基坑建設(shè)的影響，主要從兩方面進(jìn)行，一方面是做好地下水的堵截，另一方面則是盡量降低地下水位。

（1）地下水堵截方案

按當(dāng)前的技術(shù)與工藝條件，可用于變電站建設(shè)中地下水堵截的技術(shù)方案主要有：地下連續(xù)墻、夾心墻、防滲帷幕、鋼板樁、凍結(jié)法等等。其中，地下連續(xù)墻以鋼筋混凝土作為基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，它既可以承受較大的側(cè)土壓力，又可以有效防止地下水的入侵，對于滲透性較小和較軟弱的地質(zhì)土層，有較好的止水效果；而夾心墻則是在基坑的稀漿槽中再挖設(shè)一條溝槽，然后再向槽內(nèi)灌注混凝土，形成的防滲擋土墻，夾心墻技術(shù)既可以起到對地下水的堵截作用，又能對基坑邊坡起到一定的支護(hù)作用，但施工造價偏高；防滲帷幕，則主要是在基坑四周或者底部，采用高壓噴射注漿、深層攪拌等施工方法，在基坑四周或底部形成連續(xù)的墻幕，防滲阻水，這些方案可根據(jù)水量、水壓、地質(zhì)條件、工藝靈活選用，技術(shù)條件特別復(fù)雜時需進(jìn)行專項試驗。

（2）基坑降水方案

當(dāng)?shù)叵滤桓叱龌拥牡酌鏁r，則應(yīng)當(dāng)對基坑采用降水措施。較為常用的基坑降水方案，主要有明溝排水方案和井點降水方案這兩種。

①明溝排水方案

這種降水方案是在基坑內(nèi)部或者外部，通過設(shè)置一定數(shù)量的排水溝和集水井，然后再采用抽水設(shè)備將地下水從集水井中抽走的技術(shù)方法。明溝排水方案的特點是施工簡便、設(shè)備簡單且成本較低。

②井點排水方案

井點排水方案則是在基坑的周圍，埋深一定數(shù)量能夠滲水的井點管，然后通過配備一定的抽水設(shè)備，將地下水能連續(xù)不斷地抽走，以保持基坑四周地下水位始終低于基底深度。該方案不僅有利于機(jī)械化施工，而且能適用于不同幾何形狀的基坑。目前在變電站建設(shè)施工中，較為常用的井點降水法主要有：輕型井點法、噴射井點法、電滲井點法、管井井點法等，各類井點法的適用范圍，詳見表1。在實際建設(shè)施工中，應(yīng)根據(jù)基坑土層巖性、滲透性及工程特點進(jìn)行合理的選用。

二、地下水水量及酸堿度對變電站建設(shè)的影響及防治策略

1地下水水量對變電站建設(shè)的影響地下水水量的補給條件與補給量直接決定變電站施工用水和日常生產(chǎn)、生活水源的補給和取水方式。因此，在變電站的選址設(shè)計階段，必須做好對地下水水量的地質(zhì)探測工作，以確定地下水水量、水質(zhì)，并對變電站選址地區(qū)的供水水源進(jìn)行評價。

其中，地下水的水質(zhì)的指標(biāo)主要包括了渾濁度、大腸桿菌群數(shù)量、菌落群數(shù)、水質(zhì)是否有氣味、水質(zhì)微量元素含量等等，當(dāng)?shù)叵滤|(zhì)超標(biāo)時，應(yīng)采取一定的水質(zhì)處理及凈化技術(shù)；根據(jù)地下水水量情況，確定變電站水源的補給方式、凈化工藝及取水地段。當(dāng)?shù)叵滤床荒軡M足變電站生活水質(zhì)要求以及用水量要求時，則應(yīng)當(dāng)考慮引接自來水。

2地下水酸堿度對變電站建設(shè)的影響

根據(jù)地下水酸堿度，通常分為強酸水（pH＜5）、中性水（pH=5～7）、弱堿性水（pH=7～9）以及強堿性水（pH＞9）這四類。地下水不同的酸堿度對變電站建筑、構(gòu)筑物基礎(chǔ)的混凝土與鋼筋腐蝕程度也不同，應(yīng)進(jìn)行詳盡的檢測。

當(dāng)?shù)叵滤釅A度為強酸性水（pH＜5）或者強堿性水（pH＞9）時，需正確確定建筑的環(huán)境類型，應(yīng)加強混凝土及鋼筋的保護(hù)，在施工建設(shè)中應(yīng)盡量采取抗酸性腐蝕性較強的水泥品種，例如粉煤灰水泥、礦渣水泥等等；在鋼筋混凝土設(shè)計中，應(yīng)適當(dāng)?shù)募訌婁摻畹谋Ｗo(hù)層厚度；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地下變電站、電纜遂道等的混凝土表面進(jìn)行防水處理，增強地下建筑物抗?jié)B及防腐蝕的能力。而當(dāng)?shù)叵滤釅A度為弱堿性水（pH=7～9）時，適當(dāng)加強鋼筋的保護(hù)層厚度，以避免鹽對鋼筋的腐蝕。

結(jié)語

本文從地下水水位、地下水水量以及地下水酸堿度這三個角度出發(fā)，分析和研究了地下水對變電站選址設(shè)計以及施工建設(shè)中的影響，并提出了相應(yīng)的防治措施。綜上所述，地下水對變電站的正常施工建設(shè)有著較大的影響，必須加強對站址水文地質(zhì)的勘探工作，通過做好對地下水分布情況、水位變化情況、水量水質(zhì)以及酸堿度等情況的詳細(xì)分析與了解，以便在施工建設(shè)中能采取相應(yīng)的防治措施，盡可能的避免因地下水對變電站的正常施工建設(shè)及運行帶來影響。

[1]陳衛(wèi).某變電站地下水資源評價[J].大陸橋視野，2010（06）.

[2]張永波，孫新忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2009.

[3]王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，2003.

[4]房佩賢，衛(wèi)中鼎，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

TM63

A