某220kV變電站地基處理專題研究

趙東旭 王麗娜

摘要:在變電站設計中，地基處理占有十分重要的地位，直接關系到工程實施的可行性，對變電站的選址、總平面布置及總投資都有重大影響。為確保項目順利實施，在對變電站所在區域地址進行詳勘之后，對比研究多種地基處理方案，以安全可靠為基本原則進行技術經濟性分析，推薦地基處理最優方案。

關鍵詞: 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，變電站內主要建、構筑物有：35kV生產綜合樓、220kV生產綜合樓、水泵房及保安室、主變壓器基礎、事故油池、消防蓄水池、獨立避雷針。變電站內的建、構筑物具有設備荷載大，對地基沉降要求嚴格等特點，因此，保障變電站安全運行，地基條件十分重要。

2. 區域地址條件概述

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

①粉土：灰黃、灰褐等色，局部相變為粉砂，上部含少量植物根系，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，濕。該層層厚1.25～3.10m，呈夾層狀分布于①粉土中，場地內普遍分布。fak =100～120kPa。

②粘土：灰黃、灰褐等色，可塑狀態，局部軟塑狀態，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，局部相變為粉砂，稍密～中密，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，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①粉土、①-1粘土地層地基強度較低，可以作為荷重較輕、對沉降不敏感的一般擬建建（構）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）筑物，當能滿足其對地基的強度和變形要求時，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）筑物天然地基持力層。

4. 地基處理方案

人工地基方案區域實踐經驗較多，根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2002、J 220-2002）和《電力工程地基處理技術規程》（DL/T 5024-2005），主要有墊層法、強夯法、強夯置換法、干振擠密碎石樁法和水泥土攪拌樁法等。

4.1技術性比較

對本站址巖土地質情況，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方法，在軟弱土地區使用較廣泛，具有因地制宜、就地取材和施工簡便等特點，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定性。當換填墊層厚度超過3m時，挖、填土方量較大，施工期長，施工質量不易保證，且造價較高。本工程軟弱土層下限在6.5m～11.05m左右，變電站內全部建、構筑物的地基均采用墊層法處理不合適。

(2) 強夯法

強夯法又稱為動力固結法或動力壓實法。這種方法是反復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。經過處理后的地基，既提高了地基的強度，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，因此強夯法不適用于本工程。

(3) 強夯置換法

強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的工程。因變電站中建構筑物對變形控制較嚴格，故強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，使地基達到密實，從而提高地基承載力，降低孔隙比，減少基礎沉降。

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

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，通過深層攪拌機在地基深部，就地將軟土和固化劑強制拌合，利用固化劑和軟土發生一系列物理、化學反應，凝結成具有整體性、水穩定性和較高強度的水泥加固體，與天然地基形成復合地基。

此法在地基加固過程中，無振動、無噪音，對環境無污染，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生產綜合樓、主變壓器基礎、220kV生產綜合樓等對地基承載力要求較高的區域。

4.2 經濟性比較

采用干振擠密碎石樁法和水泥土攪拌樁法進行地基處理的主要技術經濟指標比較：

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用要高于水泥土攪拌樁法約55.03萬元。

5 結論

綜上所述，根據本工程的地層土質特性及以上論證，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：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生產綜合樓、主變壓器基礎、220kV生產綜合樓。

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

參考文獻

[1] 《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2002）

[2]《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002、J 220-2002）

[3]《電力工程地基處理技術規程》（DL/T 5024-2005）