湖北某220kV 變電站地基處理方案研究

程春健 趙李源

(1、湖北省華網電力工程有限公司，湖北 武漢 430040 2、中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

1 工程概況

1.1 項目位置

該220kV 變電站位于咸寧市崇陽縣銅鐘鄉馬橋村，北側距離崇陽縣約8.2km，距離杭瑞高速G56 約3.8km，東側距崇陽縣至銅鐘鄉的旅游公路約90m。

1.2 站址地形條件

站址地貌屬于低丘地貌，呈緩坡狀，自然地面標高約74.12～86.39m，最大高差在12.3m 左右，南側和東側地勢相對較高，北側和西側地勢相對平緩。地表分布密集的雜樹林、杉樹林、竹林，場地中種植了花生、大豆等農作物，其中有孤墳零星散布。

1.3 工程地質條件

該站址內巖土層主要分布有第四系上更新統沖洪積成因（Qel+dl）黏性土，全新統湖積（Q4l）淤泥，下伏（T2jl）中風化灰巖。按成因、類型、力學強度差異性等由上而下可分為：

（1）素填土：黑灰色，松散，稍濕，主要成分為黏性土，夾雜少許碎石和植物根系。整個場地均布，土層厚度在0.40～1.30m 之間。

（1-a）淤泥：黑色、褐黑色，流塑，飽和，含有大量有機質，臭味明顯，涂層厚度0.6～1.7m。

（2-1）黏土：紅褐色，可塑，稍濕，具有紅黏土特性，層厚0.50～2.40m。主要分布于站址西北側低洼地段，位于（1）層之下。

（2-2）黏土：紅褐色，硬塑，稍濕，干強度較高，具有紅黏土特性，局部含少量灰巖碎石。層厚0.90～13.40m。全場分布，位于（1）層和（2-1）層之下。

（2-3）黏土：紅褐色，可塑，稍濕，具有紅黏土特性，局部含少量灰巖碎石。層厚0.50～5.00m。位于（2-2）層之下。

（2-4）黏土：紅褐色，軟塑～流塑，很濕～飽和，層厚0.50～3.80m。場地內局部區域分布。

（3）灰巖：青灰色，灰色，大部分為中等風化，結構為隱晶質，構造為中厚層狀。基巖面起伏局部變化較大。巖體較完整，巖性致密堅硬，RC=32.2MPa，分類為較堅硬巖，基本質量等級劃分為Ⅲ級。巖體有一定的溶蝕現象，部分位置溶溝、溶槽較發育，鉆進過程中部分孔位出現掉鉆、漏水現象。層頂埋深2.50～17.50m，本次鉆探未揭穿。最大揭露厚度為12.1m。

（3-a）溶洞：在（3）層中等風化灰巖中有大量分布，無填充或半填充軟塑～流塑狀黏土，鉆探后揭露共有9 個溶洞，消防水池和警衛室區域。洞頂埋深6.8～16.5m，洞頂標高68.92～76.23m，洞高0.20～3.40m。

各土層主要特性參考值如表1 所示。

表1 土層參數表

站址范圍內對基礎有影響的地下水主要有：上層滯水。其主要分布在場地黏性土層中，地下水埋深0.80～11.80m，主要通過地表水體的滲流及大氣降水補沖，以向低處滲流方式或大氣蒸發方式排泄，且水位高低受季節性影響較為明顯。

通過現場勘查以及現場鉆探結果，站址溶槽、溶溝較多發育，部分地段存在溶洞。站址東側消防水池、事故油池和警衛室位置，判斷為巖溶中等發育區，對于站址其他位置，判斷為巖溶微發育區。

2 總平面布置及場地平整

2.1 總平面布置

根據工藝要求，總平面按功能布置劃分為以下幾個分區：110kV 配電裝置區、配電裝置室區、主變設備區、220kV 配電裝置區、電容器設備區、輔助建筑區。總平面布置圖見圖1。

圖1 總平面布置圖

2.2 場地平整

站區豎向布置按照常規平坡式布置，按照土石方綜合平衡的設計原則，并分析場區現有的地形地勢條件，擬定場地初平標高為80.65m，終平標高擬定為81.30m。場地整平后：整個場地基本處于半挖半填狀態，220kV 配電裝置區、110kV 配電裝置區、主變設備區、配電裝置室區均橫跨零線，而電容器設備區、輔助建筑區則分別位于填方區、挖方區。挖方區最大挖方高度約7m，采用放坡護坡方式；填方區最大填方高度約7m，采用毛石混凝土擋土墻支擋。土方平衡示意圖見圖2 所示。

圖2 土方平衡示意圖(陰影部分為填方區)

對于填方較厚區域內的建構筑物，未經處理的填土不能直接作為基礎持力層，且由于部分基礎下方分布有溶洞或軟弱淤泥層，需要進行必要的地基處理。

3 地基處理方案

3.1 地基處理原則

（1）地基處理方案必須滿足工程設計要求，即滿足地基承載力、地基變形和穩定性的技術要求；

（2）必須堅持環保和節約資源的原則，盡量就地取材、因地制宜；

（3）除此之外，地基處理方案尚應做到技術先進可靠、施工方便、安全適用。

3.2 挖方區地基方案分析

根據地質勘測資料，挖方區域土層主要由(2-2)粘土層、(2-3)粘土層、(2-4)粘土層和(3)灰巖層組成，其中(2-2)層、(3)層承載力較高，而中間夾雜的(2-3)層、(2-4)層則相對較弱，屬于明顯的軟臥下臥層。因此，挖方區盡量采用淺基礎、天然地基，并驗算軟臥下臥層淤泥層承載力是否滿足要求。而處在挖方區的深基礎，如地下消防水池基礎，其持力層在軟臥下臥層附近，則考慮采用地基處理，處理方案結合填方區地基處理方案一并考慮。另外，挖方區局部區域地下存在溶洞，也需統籌考慮地基處理方案。挖方區域典型的地質剖面見圖3。

圖3 挖方區域典型的地質剖面

3.3 填方區地基方案分析

與挖方區不同的是，填方區地基土主要由(1)填土層、(2-1)粘土層、(2-2)粘土層、(3)灰巖層組成，承載力均較好且無軟臥下臥層，但填土較厚，最大可達7m，因此需考慮地基處理。對于淺填方區，即處理深度在3m 以內的，可進行換填C15毛石混凝土處理。其典型地質剖面見圖4。

圖4 填方區域典型的地質剖面

3.4 跨越零線地基方案分析

由前述所知，挖方區、填方區地質條件差異較大，而對不均勻沉降比較敏感的110kV 配電裝置區（含GIS 及構架）、220kV 配電裝置區（含GIS 及構架）則橫跨挖填零線，因此地基需進行處理以滿足設計要求。其典型地質剖面見圖5。

圖5 橫跨零線的典型地質剖面

3.5 地基處理方案試選

綜上分析，本工程大部分建構筑物均需做地基處理。結合本工程的地形、地貌及巖土工程地質條件，以及過往的變電站工程經驗，備選的地基處理方法主要有：人工挖孔灌注樁、強夯法、PHC 管樁、沖孔灌注樁四種方案。

方案一：人工挖孔灌注樁+換填

（1）對于持力層距基底在3m 以內的，且滿足地基設計技術要求的，可選用C15 毛石混凝土進行超挖換填，滿足條件的有主變構架及基礎、110kV 預制倉基礎、接地變基礎、事故油池基礎。

（2）其余建構筑物采用人工挖孔灌注樁。考慮到人員安全，樁徑統一取900mm，選用（3）中等風化灰巖為樁端持力層。

方案二：沖孔灌注樁+換填

（1）換填方案同方案一。

（2）對于220kV 構架基礎、110kV 構架基礎、消防水池等重要建構筑物，樁直徑為800mm，選用（3）中等風化灰巖為樁端持力層。

（3）對于設備支架等荷載集度較輕的建(構)筑物，如220kVGIS 基礎、110kVGIS 基礎、220kV 預制倉基礎等，樁直徑為600mm，同樣選用（3）中等風化灰巖為樁端持力層。

方案三：強夯法+樁基

（1）對于填土厚度(h＞3.0m)區域，采用4000kN·m 單擊夯擊能進行1 層強夯，按兩遍進行夯擊；對于壓實填土厚度小于3m 的區域，可選用2000kN·m 低能級繼續隔行強夯，隔行分兩遍實施。然后再以低能量2000kN·m 以兩遍滿夯，最終完成全部夯擊。

（2）位于填方區的重要建(構)筑物仍建議采用樁基礎，同時圍墻區域未進行強夯，也應采用樁基礎。

方案四：PHC 管樁方案+換填

（1）靜壓PHC 600 A 110 管樁(抗拔樁采用PHC 600 B 110 管樁)。

（2）不同建（構）筑物的樁基方案參考方案二，局部承載力不足時補充基樁數。

3.6 地基處理方案技術比較

根據以上方案，結合工程特點，對以上四種方案進行技術比較，其比較結果見表2。為了確保施工人員安全，人工挖孔灌注樁最小直徑不宜小于900mm，但其用于設備支架等荷載較輕的建(構)筑物時，強度得不到充分利用，造成不必要的浪費。同時湖北地區禁止在未經壓實的填土且厚度超過3m 的場地，以及壓實填土厚度超過5m 的場地使用人孔挖孔樁。因此，從“以人為本”、安全經濟的角度考慮，本工程不推薦采用人工挖孔灌注樁方案。而對于PHC 管樁方案，一是樁端持力層中風化灰巖為較堅硬巖，無法直接靜壓或錘擊沉樁，需要旋挖預成孔，現場需要旋挖和靜壓兩套設備，工藝相對復雜；二是站址局部區域存在溶洞，且巖面起伏較大，不利于PHC 管樁樁端、樁身穩定。因此，本工程也不推薦采用PHC 管樁方案。

表2 地基處理方案技術比較表

3.7 地基處理方案成本比較

通過以上分析，再對沖孔灌注樁、強夯法+樁基進行成本比較，如表3 所示。

表3 地基處理方案成本比較表

4 結論

從表3 可知，沖孔灌注樁方案相比強夯法+樁基方案，費用略省，工期較優。

從實際出發，本工程不推薦采用強夯法+樁基方案，主要原因如下：(1)深填方區主要集中在站區邊緣地帶，不利于發揮強夯法優勢；(2)強夯施工對邊坡、擋土墻存在安全風險，且噪音會影響附近居民；(3)強夯周期較長，工程預計在6 月份開工，正是湖北梅雨時節，施工質量難以保證。因此本工程不推薦強夯法+樁基方案。

沖孔灌注樁承載力高、成孔率高、施工便捷、安全可靠、經濟性好，能很好的適應本工程技術要求和站址條件，有利于工程的快速開展和順利實施，因此本工程推薦采用沖孔灌注樁方案進行地基處理。