變電站地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計方法探索

呂軍在，張健，金國

（國網(wǎng)山東電力泰安供電公司，山東 泰安 271000）

變電站地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計方法探索

呂軍在，張健，金國

（國網(wǎng)山東電力泰安供電公司，山東 泰安 271000）

地基基礎(chǔ)設(shè)計是變電站施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對變電站的特點，文章分析探討了在不良地質(zhì)條件、變電站改擴(kuò)建以及排水防水問題下，變電站土建工程中地基的幾種處理技術(shù)，并分析了其適用范圍及特點。對變電站的基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行研究，探討地基基礎(chǔ)設(shè)計的方案，總結(jié)了一些行之有效的地基基礎(chǔ)的設(shè)計方法，為變電站設(shè)備的安全運行提供可靠保障。

變電站；土建；地基處理；基礎(chǔ)設(shè)計

1 概述

電力系統(tǒng)中，變電站是非常重要的組成部分之一，它的主要功能是實現(xiàn)電能的分配、調(diào)度以及傳輸控制等。它為國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民的生活提供了有效的電力保障，同時也維護(hù)了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。因此，要確保變電站功能的實現(xiàn)，必須要建設(shè)高質(zhì)量高水平的變電站。而變電站的設(shè)計和建設(shè)一旦出現(xiàn)問題，就會帶來設(shè)備得損壞甚至人員的傷亡等嚴(yán)重的后果。變電站土建工程主要為站內(nèi)設(shè)備服務(wù)，土建工程質(zhì)量的好壞與否將直接影響到變電站的安全運行。而地基和基礎(chǔ)是否穩(wěn)固和牢靠是影響變電站建筑的安全性及站內(nèi)設(shè)備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。本文主要對變電站地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計常見問題進(jìn)行研究，探討變電站地基基礎(chǔ)設(shè)計的方法。

2 地基處理

2.1 變電站地基基礎(chǔ)處理的重要性

整個變電站土建工程具有多道工序，地基基礎(chǔ)處理是變電站施工的最重要的環(huán)節(jié)，它不僅是首要的施工工序，而且承擔(dān)著整個變電站施工的關(guān)鍵作用，決定著變電站的建筑及設(shè)備的安全和質(zhì)量，在我國現(xiàn)階段的變電站施工過程中，由于工期、設(shè)計、人員、費用等諸多因素，變電站的地基基礎(chǔ)處理沒有得到設(shè)計人員足夠的重視，這也就導(dǎo)致了變電站在運行及改擴(kuò)建過程中暴露了諸多的質(zhì)量問題。因此，變電站工程的地基基礎(chǔ)處理具有非常重要的作用。

2.2 變電站地基基礎(chǔ)存在的問題

2.2.1 不良地基的問題

變電站在送變電工程中的作用是變換電壓，分配用電量。為了減少傳輸過程中的耗損，變電站應(yīng)盡可能的靠近用電量多的地方，才能保證更有效率的用電，電壓才不會互相影響。而變電站站址的選擇就是根據(jù)輸變電系統(tǒng)的需要，在網(wǎng)絡(luò)中的某個區(qū)域布點。站址選擇時應(yīng)嚴(yán)格遵循“變電站的建設(shè)應(yīng)符合國家相關(guān)土地使用政策，盡量利用原有荒地、坡地、劣地，已有大型溶洞、泥石流、礦產(chǎn)、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的地段不得進(jìn)行變電站的建設(shè)”和“站址的選擇還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、征地拆遷、電力通道以及負(fù)荷分布等要求全面綜合考慮”的有關(guān)規(guī)定。而有時所選區(qū)域的變電站的站址的地形、地質(zhì)條件往往不受人為因素影響，有時所選站區(qū)區(qū)域比較特殊，如地質(zhì)條件差、地形起伏大，對變電站的建(構(gòu))筑物的建設(shè)條件不是很理想，應(yīng)采取有效的措施，進(jìn)行地基處理。

2.2.2 變電站改擴(kuò)建的問題

變電站在改擴(kuò)建過程中，一般情況下上部結(jié)構(gòu)或者新上設(shè)備會導(dǎo)致荷載增大，且新設(shè)備的使用對變形的要求更加嚴(yán)格，而舊設(shè)備及基礎(chǔ)的拆除，極有可能擾動到地基內(nèi)部的土層，這會進(jìn)一步的減弱整個地基的承載能力，原本尚屬良好的地基,也極有可能在新的條件下不能滿足上部結(jié)構(gòu)及設(shè)備的要求。這不僅僅會影響到整個變電站改擴(kuò)建的工程質(zhì)量，而且還可能會發(fā)生設(shè)備及人員的安全事故。

2.2.3 排水防水的問題

由于地下水的存在，地基基礎(chǔ)易出現(xiàn)地下積水問題，會對地基基礎(chǔ)造成極為嚴(yán)重的危害。如果不對地基進(jìn)行必要的處理，地基的內(nèi)部就會進(jìn)水，進(jìn)而導(dǎo)致地基的處理工作變得非常困難，對地基基礎(chǔ)的施工質(zhì)量也必然會造成著重要的影響。所以，一定要做好地基的排水和防水措施，確保地基的基坑沒有積水，還要將地基表層部分的松軟土層清除干凈。

3 基礎(chǔ)的設(shè)計方法

3.1 設(shè)計要求

地基基礎(chǔ)的設(shè)計必須由設(shè)計單位來提出具體的要求，同時需要對現(xiàn)場的地質(zhì)報告進(jìn)行分析論證，不能盲目的套用圖紙。如果地基存在問題，必須對地基進(jìn)行加固處理，防止地基發(fā)生變形，影響施工的正常進(jìn)行以及后續(xù)建筑物及設(shè)備的正常使用。并且不允許用大型基礎(chǔ)斷面承受地基上部的結(jié)構(gòu)受到的荷載，因為無論基礎(chǔ)斷面多大，它與上部結(jié)構(gòu)相比，基礎(chǔ)都是比較柔軟的一方。因此，我們在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)使地基處理與基礎(chǔ)選型相結(jié)合，充分考慮實際情況。

3.2 地基選型

由于變電站屬于特殊的建（構(gòu)）筑物，對變電站中的建筑物、設(shè)備及及支架按照其特點和功能采用不同的基礎(chǔ)形式進(jìn)行設(shè)計，此外，必須考慮施工現(xiàn)場及材料供應(yīng)的情況，而且還要考慮其所能承受的荷載和抗震性等。在設(shè)計時，要保證基礎(chǔ)的形式與上部結(jié)構(gòu)及設(shè)備相協(xié)調(diào)，使得建筑和設(shè)備能充分發(fā)揮作用，實現(xiàn)其功能。

3.2.1 建筑物基礎(chǔ)

配電樓系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)型式必須所在地形及總平面布置，同時還要便于電氣設(shè)備的運輸和安裝，方便電氣設(shè)備之間的聯(lián)接和電纜的敷設(shè)，方便變電站的運行管理，同時能夠有效的利用空間?，F(xiàn)階段，配電樓的平面布置大體上遵循“一”字型組合，多層布置，一般為兩層到三層布置，帶半層地下室。配電樓內(nèi)有數(shù)個平面單元，層數(shù)及高度不一，體量大小也不盡不同，它們之間的組合也比較復(fù)雜。通常情況下，地下半層多為電纜夾層，以電纜溝或電纜隧道向外延伸的一層為主變壓器室、配電裝置室、電容器室、輔助用房及檢修工具間等，當(dāng)然主變壓器室也有室外的，二層布置接地變室、繼電器室、斷路器室等，形成多功能的多層綜合配電樓。正是變電站配電樓內(nèi)這種電氣設(shè)備布置的特殊性，其對配電樓的基礎(chǔ)設(shè)計就提出了更為嚴(yán)格的要求。

在對綜合配電樓進(jìn)行基礎(chǔ)形式的選擇時，要考慮是否存在電纜夾層。獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)和筏板式基礎(chǔ)是綜合配電樓常用的基礎(chǔ)形式。在施工過程中，當(dāng)基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高時，對基底土質(zhì)嚴(yán)格進(jìn)行釬探試驗，當(dāng)試驗結(jié)果表明地基承載力滿足設(shè)計要求時，進(jìn)入下一道工序。若實驗結(jié)果不滿足設(shè)計要求時，必須對基礎(chǔ)地基采取加固措施，采用碾壓及夯實重錘夯實、換土墊層中的砂石墊層法以及置換及拌入中的高壓噴射注漿法等?；A(chǔ)形式的選用需與地基處理結(jié)合考慮。

3.2.2 變壓器及其支架基礎(chǔ)

變壓器、構(gòu)支架基礎(chǔ)都屬于獨立基礎(chǔ)，在滿足地基穩(wěn)定以及變形的前提下，基礎(chǔ)盡量淺埋，且滿足最小埋深0.5m的規(guī)范要求，基礎(chǔ)底面應(yīng)深入持力層，基礎(chǔ)頂面高出室外地面部分尚應(yīng)符合電氣設(shè)備的要求。當(dāng)設(shè)備基礎(chǔ)處于易風(fēng)化的巖層上，在基坑開挖后，應(yīng)馬上鋪筑墊層；當(dāng)下層的地基承載力低于上層時，基礎(chǔ)應(yīng)盡可能淺埋，充分的利用上部土層作為持力層；當(dāng)上層和下層屬于優(yōu)質(zhì)土層，而中間夾雜軟弱土層的地基時，應(yīng)根據(jù)軟弱土層的相應(yīng)厚度和荷載的大小來判定基礎(chǔ)的埋置深度。當(dāng)荷載較小、上部優(yōu)質(zhì)土層相對較厚時，應(yīng)盡可能把持力層放在上部較好的土層；若有較薄且不均勻的軟弱土層時，可對軟弱地基進(jìn)行局部處理，當(dāng)荷載較大，而存在較厚的軟弱土層時，可充分利用樁基礎(chǔ)的方法，充分利用下部優(yōu)質(zhì)土層作為持力層。若變壓器基礎(chǔ)需要加固，且其處于工作當(dāng)中，不能停止運行，又由于變壓器基礎(chǔ)施工場地小，施工時要求振動小，且不會對既有基礎(chǔ)的穩(wěn)定以及土層的液化帶來危害，故可采用樹根樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

3.2.3 圍墻基礎(chǔ)

圍墻分布在變電站的四周，若圍墻基礎(chǔ)出現(xiàn)問題，可嘗試采用表1-1中的砂石墊層的方法，圍墻本身自重小，且上部不承受荷載，可采取砂石墊層的頂部和底部相同寬度，砂石墊層的寬度可沿基礎(chǔ)的兩邊各放出20mm的做法，既能滿足地基土應(yīng)力擴(kuò)散的要求，也比較經(jīng)濟(jì)。砂墊層厚度一般為1～2m，如果厚度小于0.5m，墊層作用不明顯，墊層過厚，不經(jīng)濟(jì)。為防止圍墻出現(xiàn)不均勻沉降，提高其整體性，可在基礎(chǔ)頂端設(shè)置一道鋼筋混凝土地圈梁，地圈梁寬度同圍墻寬度，高200mm即可。

4 工程實例

4.1 地質(zhì)條件

以110kV米山變電站工程為例，由山東中煤物探測量總公司提供的站址地址條件如下。

第一層回填土：紅褐色，松散，干-稍濕，主要由粉質(zhì)粘土混砂組成，含植物根須。場區(qū)普遍分布，厚度：0.90～1.50m，平均1.07m；層底埋深：0.90～1.50m，平均1.07m。

第二層粉質(zhì)粘土：褐色，軟～可塑，干強度低～中等，韌性低～中等，稍光滑，局部混砂或含砂、粉土團(tuán)塊，場區(qū)普遍分布，厚度：3.40～4.30m，平均3.97m；層底埋深：4.50～5.30m，平均5.03m。

第三層粉質(zhì)粘土：紅褐色，硬～可塑，干強度中等～高，韌性中等～高，稍光滑，含鐵錳結(jié)核顆粒。該土層為穿透。

4.2 巖土工程性質(zhì)評價

第一層回填土，松散，均勻性差，力學(xué)強度低，不易利用。

第二層粉質(zhì)粘土，普通分布，屬于中等壓縮性土，經(jīng)處理后可以利用。

第三層粉質(zhì)粘土，分布普遍，屬于中等壓縮性土，良好基礎(chǔ)持力層，是高層建筑良好的基礎(chǔ)持力層或者下臥層。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗，確定巖土土層承載力特征值指標(biāo)見下表。

各層地基土承載力特征值 表1

4.3 基礎(chǔ)設(shè)計分析

在滿足地基穩(wěn)定和變形要求得前提下，基礎(chǔ)應(yīng)可能淺埋，并且滿足規(guī)范規(guī)定基礎(chǔ)最小埋深0.5m的要求，基礎(chǔ)底面應(yīng)該深入持力層150mm，基礎(chǔ)頂面高出室外底面的部分也應(yīng)符合電氣專業(yè)的要求。

地基土的工程性質(zhì)一般，地基強度一般，且黃土狀土遇水具有濕陷性。因此，對荷重較輕、對濕陷性不敏感的小型設(shè)備基礎(chǔ)，可選擇上述地層作為其天然地基持力層，對于重要擬建建（構(gòu)）筑物需采用人工地基。本工程配電樓基礎(chǔ)持力層選用第二層，將第一層回填土清除，綜合考慮地基及地下電纜層，采用筏板基礎(chǔ)。

根據(jù)場地工程地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗，地基處理方案可采用強夯法或換土墊層進(jìn)行地基處理，以提高地基土的承載能力。本工程采用換土墊層進(jìn)行地基處理，基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)高下部1m范圍內(nèi)采用3:7的砂石墊層分層夯實回填至設(shè)計標(biāo)高處，每邊大出基礎(chǔ)1m，同時做好基槽防坡護(hù)坡的工作?？紤]變壓器設(shè)備位置下的持力層粉質(zhì)粘土承載力特征值較低，而變壓器設(shè)備自重相對較大，為避免出現(xiàn)設(shè)備的不均勻沉降，影響變壓器的安全和使用，需要對變壓器設(shè)備的基礎(chǔ)頂板和地板進(jìn)行加強，采用雙層雙向配筋，并采用拉結(jié)鋼筋對上下兩層鋼筋進(jìn)行固定。

圍墻處于挖填土的邊緣，挖土區(qū)周圍的地基問題不大，可采用條形基礎(chǔ)，采用Mu30毛石，M7.5水泥砂漿砌筑，基礎(chǔ)須坐落于墊層上，否則用Mu30毛石，M7.5水泥砂漿自持力層砌至基底。

5 結(jié)束語

通過上述本文的分析和探討，我們對變電站地基基礎(chǔ)中存在的問題以及地基基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行了詳盡的研究。因此，在變電站的實際建設(shè)中，在確定基礎(chǔ)設(shè)計方案和地基處理方案時，應(yīng)根據(jù)不同工程的實際情況，應(yīng)以地質(zhì)條件、處理的指標(biāo)和范圍、設(shè)計要求、工程進(jìn)度、工程費用、材料來源、當(dāng)?shù)丨h(huán)境各個方面進(jìn)行綜合考慮、研究，科學(xué)的進(jìn)行地基基礎(chǔ)的設(shè)計。同時，在地基基礎(chǔ)設(shè)計中不僅要了解施工的方法，還必須了解所采用方案的原理、技術(shù)指標(biāo)以及質(zhì)量的要求，提高地基基礎(chǔ)設(shè)計的質(zhì)量，切實有效的保證變電站工程的質(zhì)量，保證電氣設(shè)備的正常運行。

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TU472

B

1007-7359（2016）06-0085-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.033

呂軍在（1989-），男，碩士，主要從事變電站設(shè)計及土建研究方面的工作。