220 kV變電站地基處理設計

林精銳

（廣東省梅州市嘉安電力設計有限公司，廣東 梅州 514000）

1 220 kV油坑變電站項目概況

1.1 基本情況

220 kV 油坑變電站位于廣東省蕉嶺縣新鋪鎮福嶺村，站址原為新福水泥廠（圖1為拆除前的水泥廠原貌）。該址西北臨S332省道，西南臨新鋪鎮中心，東北距蕉嶺縣約15 km，西南距梅州市約28.8 km。

該地區原始地貌為丘陵，為水泥生產場地，水泥廠初步拆除后，地塊標高介于92.00～113.10 m之間，高差較大。另外，水泥廠原廠房基礎拆除后，留有多處較深基坑，須針對具體情況開挖、回填、夯（壓）實處理。

圖1 220 kV油坑變電站項目場地原狀（新福水泥廠原貌）

1.2 地質概況

根據勘察報告，220 kV 油坑變電站項目場地內的主要地基土層厚度不均勻，土質存在較大差異，勘察深度范圍內揭露的土層如表1所示。

由表1 可見，變電站場地內地基土層厚度分布不均勻，土層分布較無規律。在考慮科學、合理、經濟性等前提下，采用恰當的地基處理型式和合適的基礎方案尤為重要，關系到變電站建構筑物的結構安全，運行安全等。

2 地基處理的必要性

變電站建（構）筑物對承載力和變形有一定要求，變電站場地沉降太大，嚴重則影響變電站的運行安全，輕則引起道路、圍墻等開裂，地下管溝拉斷等。根據地質報告，變電站部分建（構）筑物持力層處于回填土層，采用天然地基不能滿足承載力和變形要求，因此需對主要建（構）筑物進行地基處理。

站址區域清理干凈后場地自然高程標高為92.00～113.10 m。為減少站區土方的挖填方量和外運外購方量，站區場地標高設計綜合考慮站區周邊地形特點，按照挖填平衡的原則，場地設計標高定為99.50 m，站區總平面采用平坡式設計。站區較大范圍（20000 m2以上）存在5～8 m的深回填區。其余場地為挖填平衡區和挖方區。

表1 220 kV油坑變電站地基土質情況

3 220 kV油坑變電站地基分區設計方案

3.1 本工程場地特點

根據區域地質資料，基于本工程地質特殊性：場地內存在較厚的回填土（厚度約為3.00～8.00 m）；場地現狀為已廢棄的新福水泥廠，廠區生產及生活建構筑物尚未拆除。廠區內建構筑物爆破拆除時對地基的擾動影響。由于新福水泥廠建廠于20世紀80年代，建廠時間較久遠，資料缺失嚴重，尚未收集到新福水泥廠建構筑物相關圖紙。對于廠區建筑物基礎埋深尚不能確定。但廠區內破碎車間，窯爐等生產建構筑由于體型較大，高度近30 m，推測基礎埋深可能較深。建筑物基礎挖除時造成現狀實土層受到嚴重擾動。

考慮到上述等種種因素，故須對廠區內場地進行處理。采用有針對性、經濟合理的場地處理方案，根據該工程地質特點，本專題設計并比較以下2 個方案，并確定最優方案進行地基處理。

3.2 地基處理設計方案

3.2.1 方案一：預應力高強混凝土管樁加換填處理

主要建構筑物：主控通信樓、配電裝置樓、巡檢樓、屋外配電裝置及構架、警傳室、消防水泵房與水池、主變壓器基礎等采用直徑400 mm 預應力高強混凝土管樁（PHC）基礎、設備支架基礎采用直徑300 mm預應力高強混凝土管樁（PHC）基礎。

根據地質報告提供的地層參數、成樁工藝等選擇樁型和持力層，將建（構）筑物荷載傳遞至深層的較好土層，以達到降低差異沉降和總沉降的目的。

單樁豎向抗壓承載力特征值特征值按以下公式計算：

式中：qpk為極限端阻力標準值，kPa；Ap為樁端橫截面面積，m2；u為樁身周長，m；qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值，kPa；li為樁周第i層土厚，m。

根據地質資料，以粉質黏土層或全風化巖層可作為樁端持力層，樁型選擇直徑400 mm（直徑300 mm）預應力高強混凝土管樁。

站內道路、電纜溝及溝道：本工程站區下回填土厚度約為3.00～8.00 m 左右。根據地質資料，基礎以粉質黏土為持力層，地基承載力特征值為160 kPa，對回填土進行分層碾壓，分層厚度不大于300 mm（控制最優含水量），壓實系數大于0.94，地基承載力特征值大于150 kPa。壓實填土地基承載力特征值應根據現場原位測試（靜載荷試驗、靜力觸探等）結果確定。回填土質量須滿足GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》中相關要求。

3.2.2 方案二：強夯方案

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。

強夯法是用起重機械將大噸位夯錘起吊到6～30 m高度后，自由落下，給地基土以強大的沖擊能量的夯擊，使土中出現沖擊波和很大的沖擊應力，迫使土層孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點周圍產生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和氣體溢出，使土粒重新排列，經時效壓密達到固結，從而提高地基承載力，降低其壓縮性的一種有效的地基加固方法，也是目前最為常用和最經濟的深層地基處理方法之一。

強夯法的有效加固深度應根據現場試夯或當地經驗確定，也可按下列公式估算：

式中：M為夯錘重力，kN；h為落距(錘底至起夯面距離)，m；K為擇減系數，與土質、能級、錘型、錘底面積、工藝選擇等多種因素有關，一般黏性土取0.50，砂性土取0.70，黃土取0.35～0.50。

強夯的單位夯擊能量，應根據地基土類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過現場試夯確定。

夯點的夯擊次數，應按現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定。

夯擊遍數應根據地基土的性質確定，一般情況下，可采用2～3遍，最后再以低能量夯擊一遍。對于滲透性弱的細粒土，必要時夯擊遍數可適當增加。兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔。間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。當缺少實測資料時，可根據低級土的滲透性確定，對于滲透性較差的黏性土地基的間隔時間，應不少于3～4周；對于滲透性好的地基土可連續夯擊。

表2 方案主要的技術經濟比較表

夯擊點位置可根據建筑結構類型，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點間距可取5～9 m，以后各遍夯擊點間距可與第一遍相同，也可適當減小。對于處理深度較大或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點間距宜適當增大。

強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍。每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2～2/3。并不宜小于3 m。

根據初步確定的強夯參數，提出強夯試驗方案，進行現場試夯。應根據不同土質條件待試夯結束一至數周后，對試夯場地進行測試，并與夯前測試數據進行對比，檢驗強夯效果，確定工程采用的各項強夯參數。

針對本工程的設計要點本工程填方深度最大處約為8 m（已按場地設計標高考慮）。所以考慮二次填土，采用兩遍強夯施工的方案實施，以減少對周邊環境的影響。根據站區的填土范圍和深度，先對整個場區回填土，然后進行第一次強夯處理，一遍點夯，一遍滿夯。施工參數按如下選擇：點夯單擊夯擊能取3000 kN·m（夯擊2 遍，單點擊數8 擊），滿夯單擊夯擊能取1000 kN·m（夯擊2遍），并滿足收錘標準（滿足下列條件之一：最后兩擊平均夯沉量控制在50 mm 以內；夯坑周圍不出現過大隆起；不因夯坑過深而發生起錘困難）。滿夯：每點夯擊數1～2 擊。夯點布置：點夯按等腰三角形布置，呈梅花型，滿夯。夯點以0.7D（夯錘直徑）間距相互搭接施工。施工開始前進行試夯，施工參數應根據試夯和現場跟蹤檢測結果進行調整。

站內建構筑物基礎形式：主控通信樓、配電裝置樓、巡檢樓、警傳室及泵房基礎：以強夯后的回填土作為基礎持力層；采用柱下獨立基礎。主變及電容器基礎：以強夯后的回填土作為基礎持力層；采用筏板基礎或獨立基礎。220 kV、110 kV 及主變構支架基礎：以強夯后的回填土作為基礎持力層，采用杯口基礎。事故油池及消防水池：均為鋼筋混凝土底板，天然地基，以粉質黏土作為基礎持力層。圍墻基礎：以強夯后的回填土作為基礎持力層，采用墻下毛石條形基礎。道路、電纜溝基礎：以強夯后的回填土作為基礎持力層。強夯施工工藝簡單，結合本工程場地回填的要求，施工工期40～50天控制，強夯面積總計約為27000 m2，費用約170萬元。

3.3 方案比較和選定

兩個地基處理方案主要的技術經濟比較如表2所示。

通過比較以上2 種地基處理方案，結合本工程的其他因素考量，最終采用了方案二，工程施工過程順利，工期進度可控，施工效果達到了設計目標要求，地基處理費用未超出概算費用，效果良好。

4 結束語

地基處理作為變電站施工的重要組成部分，其施工效益直接影響著變電站輸配電的安全性、穩定性和經濟性。

從本工程的實施效果看，工程地基處理工期如期完成，地基基礎處理費用達到預期的控制目標，工程實施效果良好，完全達到設計預期。