變電站常用基礎型式及地基處理分析

鞠洪濤（湖北省電力勘測設計院，湖北　武漢　430024）

變電站常用基礎型式及地基處理分析

鞠洪濤
（湖北省電力勘測設計院，湖北武漢430024）

摘要：本文介紹了變電站主要建構筑物常用的基礎型式和地基處理方式，并給出了變電站主要建構筑物承載力要求，并以湖北某220kV變電站地基處理為例，闡述了如何進行變電站地基處理方案設計。

關鍵詞：變電站；基礎型式；地基處理；樁基礎

變電站作為電力運輸的樞紐，其安全性關系到人民群眾的生產和生活。所以，變電站設計的安全性顯得尤為重要。變電站土建設施作為電氣設備的基礎，土建安全是變電站安全生產的必要條件，其安全性必須得到很好的保證。

1　變電站主要建構筑物

1.1變電站主要建構筑物的基礎型式

變電站的建構筑物類型主要有主控通信樓、配電綜合樓、屋內配電裝置室、繼電器室、泡沫消防小間、主變壓器基礎、屋外配電裝置構支架及基礎、戶外GIS設備基礎、事故集油池、污水處理設施、獨立避雷針、圍墻、擋土墻等。

主控通信樓一般為鋼筋混凝土框架結構，現澆鋼筋混凝土屋面，建筑找坡，基礎一般采用柱下獨立基礎或樁基礎。屋內配電裝置室、繼電器小室一般為鋼筋混凝土框架結構，現澆鋼筋混凝土屋面，結構找坡，基礎一般采用柱下獨立基礎或樁基礎。消防小間為單層磚混結構，現澆鋼筋混凝土屋面，基礎采用墻下條形基礎。

屋外配電裝置構支架及基礎主要為柱下獨立杯口基礎；主變壓器基礎和戶外GIS設備基礎主要為鋼筋混凝土整板基礎；地埋式主變事故油池采用磚混結構，鋼筋混凝土整板基礎；污水處理設施一般為地下鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土整板基礎；獨立避雷針一般采用鋼筋混凝土獨立基礎；圍墻一般采用240mm厚非粘土燒結普通磚與水泥砂漿砌筑，基礎采用墻下條形基礎。擋土墻一般采用重力式擋土墻，當擋土墻高度小于3米時，基礎可直接置于持力層上，當擋土墻高度大于3m時，基礎需要采用鋼筋混凝土擴展基礎并盡量使基礎置于較高承載力的土層或采用地基處理或樁基礎。

2　變電站建構筑物地基處理方式

2.1地基處理方式簡介

根據工程的地質情況和建構筑物的基礎形式，可以采用的地基處理方式主要有換填墊層法、強夯、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、水泥粉煤灰碎石樁（CFG）、人工挖孔樁（墩）基、鉆孔灌注樁、靜壓高強度預制管樁。

換填墊層法主要適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，主要采用級配良好的砂石或者毛石混凝土進行換填處理。換填墊層法具有施工簡單，振動小，噪音低；施工速度快，施工質量容易控制，造價低等優點。但其處理深度有限，一般換填深度不大于3m。

強夯適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。山區地基采用較多，處理深度一般為5m～10m。

水泥土攪拌樁適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、粘性土、飽和黃土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基，也可重疊排樁充當深基坑的止水帷幕。水泥土攪拌樁的施工工藝分為漿液攪拌法（濕法）和粉體攪拌法（干法），濕法的加固深度不宜大于20m，干法不宜大于15m。

高壓旋噴樁復合地基適用于淤泥、淤泥質土、粘性土（流塑、軟塑和可塑）、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。處理深度一般不大于25m。

水泥粉煤灰碎石樁（CFG）適用處理粘性土、砂土、粉土和自重固結已完成的素填土地基。其常用的樁徑主要有長螺旋鉆中心壓灌、干成孔和振動沉管成樁宜為350mm～600mm；泥漿護壁鉆孔成樁宜為600mm～800mm；鋼筋混凝土預制樁宜為300mm～600mm。一般處理深度不應小于4m。

人工挖孔灌注樁（墩）適用于處理地下水水位較深，或能采用井點降水的地下水位較淺而持力層以上無流動性淤泥質土的地基。在成孔過程中可能出現流砂、涌水、淤泥的地層不宜采用，故人工挖孔灌注樁不適宜用于砂土、碎石土等。變電站墩基處理深度易為：3m～6m；人工挖孔樁處理深度宜為6～15m。樁徑一般取1000mm。

人工挖孔樁單樁承載力大、受力性能好、質量可靠、沉降量小。人工挖孔樁可多樁同時施工，施工方便、速度較快、不需要大型機械設備，挖孔樁要比木樁、混凝土打入樁震能力強，造價比沖錐沖孔、沖擊錐沖孔、沖擊鉆機沖孔、回旋鉆機鉆孔、沉井基礎節省。人工挖孔樁一般能有效控制工程質量，現場文明施工較容易控制，但是考慮到人工挖孔質量受人力因素影響較大，湖北省城鄉建設廳《關于進一步加強建筑工程質量管理的通知》（鄂建文[2011]152號）中的相關規定，對于機械樁方便施工情況下，盡量減少人工挖孔灌注樁的使用。

鉆孔灌注樁是一種常用的樁基礎形式，適用范圍廣，通常適用于持力層層面起伏較大，可穿越各類土層及全風化基巖、強風化基巖。鉆孔灌注樁具有如下優點，所以應用廣泛。

（1）機械化作業，施工簡單，造價低；（2）占用施工場地小，對周圍建筑物影響小；（3）鋼筋籠、砼可集中加工、配送，也可以現場加工，作業方便；（4）施工速度快，工藝成熟，施工過程中安全可靠性高。

靜壓法施工是通過靜力壓樁機以壓樁機自重及樁架上的配重作反力將預制樁壓入土中的一種沉樁工藝。靜力壓樁法施工工藝具有噪音小、無污染、施工速度快、同時在壓樁過程中可以預估單樁承載力等特點，適用于荷載較大的建構筑物，廣泛應用于軟土地基。采用靜壓預制管樁，由于不能擴底，一般樁長比較長，則工程費用高、很不經濟。

2.2變電站主要建（構）筑承載力要求

單層框架主控通信樓或10kV、35kV配電裝置室一般采用柱下獨立基礎或樁（墩）基礎，其傳至基礎頂面的內力范圍值為400kN～1000kN；500kV/220kV主變壓器基礎，一般采用鋼筋混凝土筏板基礎或樁（墩）基礎，其傳至基礎頂面的內力范圍值為120kPa～180kPa；500kV構架人字柱門型構架一般采用柱下獨立基礎或樁（墩）基礎，其傳至基礎頂面的內力范圍值為1000kN～1500kN；220kV/110kV構架人字柱門型構架一般柱下獨立基礎或樁（墩）基礎，其傳至基礎頂面的內力范圍值為300kN～600kN；500kV/220kV/110kV等設備支架一般采用懸臂單柱柱下獨立基礎或樁（墩）基礎，其傳至基礎頂面的內力范圍值一般不大于100kN；500kV/220kV戶外GIS設備一般采用鋼筋混凝土筏板基礎或樁（墩）基礎，其傳至基礎頂面的內力范圍值為80kPa～150kPa。

3　工程實例

3.1湖北某220kV變電站工程概況

站址屬壟崗地貌，地勢起伏相對較大，總體呈南高北低、東高西低的地勢，地面自然標高58.99m～70.56m（1985國家高程基準），站址范圍內高差約12m。站址內主要為杉樹林、茶場及旱地，另有少量水田、水塘及墳塋分布。

場地巖土層特征按剖面圖中編號順序由上而下敘述如下：（1）素填土：紅褐色、黃褐色，稍濕，松散，局部為稍密。主要為耕植土及植被土，含大量植物根系，全場分布。松散，狀態不均勻，建筑性能差，不宜作為建（構）筑物的天然地基持力層。（2）粉質黏土：褐紅、棕紅色，濕，可塑，局部可塑偏硬，含少量鐵錳質結核和灰白色高嶺土條帶。具中等壓縮性，fak=140kPa，承載力一般，站址北側沖溝地段及地勢相對較低處有分布，可作為一般輕型建（構）筑物的天然地基持力層。（3）粉質黏土：黃褐色、棕黃色，稍濕，硬塑，局部堅硬，含少量鐵錳質結核和灰白色高嶺土條帶。具中等壓縮性，fak=260kPa，承載力較高，全場分布，是較好的建（構）筑物天然地基持力層，可作為樁端持力層。（4）泥質粉砂巖：灰黃、紫紅、紅褐色，強風化，泥質粉砂結構，中厚～厚層狀構造，節理裂隙發育，巖體破碎，巖芯多呈土柱狀、局部呈碎塊狀，該層局部夾泥巖、砂巖。具低壓縮性，fak=400kPa，承載力高，全場分布，埋深較淺地段是較好的建（構）筑物天然地基持力層，可作為樁端持力層。

3.2湖北某220kV變電站地基處理方案

根據場地的巖土條件，填土厚度較小的地段，可采用天然地基方案，填土厚度不大時，采用毛石混凝土墊層進行地基處理；在填土厚度較大的地段，擬采用樁基礎進行處理，常采用的樁基礎有三種：鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁、和靜壓預制管樁。

鉆孔灌注樁與預制樁相比，可以制造比預制樁的直徑大的多的樁；同樣的樁長情況下可以提供更大單樁承載力，從而可以減少樁長、樁的數量，經濟效果更顯著。本變電站可以利用的樁端持力層位置相對較淺，所以更適合選用直徑較大的鉆孔灌注樁。

人工挖孔樁單樁承載力大、受力性能好、質量可靠、沉降量小。本工程考慮但是考慮到人工挖孔質量受人力因素影響較大，及湖北省城鄉建設廳《關于進一步加強建筑工程質量管理的通知》（鄂建文[2011]152號）中的相關規定，同時本工程局部回填土較厚，不宜采用人工挖孔灌注樁。

綜合上述分析本工程地基處理方案為：在填土厚度不大時，采用C15毛石混凝土墊層進行換填；在填土厚度較大的地段，擬采用鉆孔灌注樁進行處理。

結語

變電站設計必須根據地質條件、環境條件、建筑物特點、上部結構及基礎設計中的實際情況，因地制宜，經綜合分析比較選擇地基處理方案，才可能在保證變電站安全的情況下取得最佳的技術經濟效益。

參考文獻

[1]JGJ79-2012，建筑地基處理技術規范[S]．

[2]JGJ94-2008，建筑樁基技術規范[S]．[3]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S]．

中圖分類號：TM76

文獻標識碼：A