220 kV变电站地基处理设计

林精锐

（广东省梅州市嘉安电力设计有限公司，广东 梅州 514000）

1 220 kV油坑变电站项目概况

1.1 基本情况

220 kV 油坑变电站位于广东省蕉岭县新铺镇福岭村，站址原为新福水泥厂（图1为拆除前的水泥厂原貌）。该址西北临S332省道，西南临新铺镇中心，东北距蕉岭县约15 km，西南距梅州市约28.8 km。

该地区原始地貌为丘陵，为水泥生产场地，水泥厂初步拆除后，地块标高介于92.00～113.10 m之间，高差较大。另外，水泥厂原厂房基础拆除后，留有多处较深基坑，须针对具体情况开挖、回填、夯（压）实处理。

图1 220 kV油坑变电站项目场地原状（新福水泥厂原貌）

1.2 地质概况

根据勘察报告，220 kV 油坑变电站项目场地内的主要地基土层厚度不均匀，土质存在较大差异，勘察深度范围内揭露的土层如表1所示。

由表1 可见，变电站场地内地基土层厚度分布不均匀，土层分布较无规律。在考虑科学、合理、经济性等前提下，采用恰当的地基处理型式和合适的基础方案尤为重要，关系到变电站建构筑物的结构安全，运行安全等。

2 地基处理的必要性

变电站建（构）筑物对承载力和变形有一定要求，变电站场地沉降太大，严重则影响变电站的运行安全，轻则引起道路、围墙等开裂，地下管沟拉断等。根据地质报告，变电站部分建（构）筑物持力层处于回填土层，采用天然地基不能满足承载力和变形要求，因此需对主要建（构）筑物进行地基处理。

站址区域清理干净后场地自然高程标高为92.00～113.10 m。为减少站区土方的挖填方量和外运外购方量，站区场地标高设计综合考虑站区周边地形特点，按照挖填平衡的原则，场地设计标高定为99.50 m，站区总平面采用平坡式设计。站区较大范围（20000 m2以上）存在5～8 m的深回填区。其余场地为挖填平衡区和挖方区。

表1 220 kV油坑变电站地基土质情况

3 220 kV油坑变电站地基分区设计方案

3.1 本工程场地特点

根据区域地质资料，基于本工程地质特殊性：场地内存在较厚的回填土（厚度约为3.00～8.00 m）；场地现状为已废弃的新福水泥厂，厂区生产及生活建构筑物尚未拆除。厂区内建构筑物爆破拆除时对地基的扰动影响。由于新福水泥厂建厂于20世纪80年代，建厂时间较久远，资料缺失严重，尚未收集到新福水泥厂建构筑物相关图纸。对于厂区建筑物基础埋深尚不能确定。但厂区内破碎车间，窑炉等生产建构筑由于体型较大，高度近30 m，推测基础埋深可能较深。建筑物基础挖除时造成现状实土层受到严重扰动。

考虑到上述等种种因素，故须对厂区内场地进行处理。采用有针对性、经济合理的场地处理方案，根据该工程地质特点，本专题设计并比较以下2 个方案，并确定最优方案进行地基处理。

3.2 地基处理设计方案

3.2.1 方案一：预应力高强混凝土管桩加换填处理

主要建构筑物：主控通信楼、配电装置楼、巡检楼、屋外配电装置及构架、警传室、消防水泵房与水池、主变压器基础等采用直径400 mm 预应力高强混凝土管桩（PHC）基础、设备支架基础采用直径300 mm预应力高强混凝土管桩（PHC）基础。

根据地质报告提供的地层参数、成桩工艺等选择桩型和持力层，将建（构）筑物荷载传递至深层的较好土层，以达到降低差异沉降和总沉降的目的。

单桩竖向抗压承载力特征值特征值按以下公式计算：

式中：qpk为极限端阻力标准值，kPa；Ap为桩端横截面面积，m2；u为桩身周长，m；qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，kPa；li为桩周第i层土厚，m。

根据地质资料，以粉质黏土层或全风化岩层可作为桩端持力层，桩型选择直径400 mm（直径300 mm）预应力高强混凝土管桩。

站内道路、电缆沟及沟道：本工程站区下回填土厚度约为3.00～8.00 m 左右。根据地质资料，基础以粉质黏土为持力层，地基承载力特征值为160 kPa，对回填土进行分层碾压，分层厚度不大于300 mm（控制最优含水量），压实系数大于0.94，地基承载力特征值大于150 kPa。压实填土地基承载力特征值应根据现场原位测试（静载荷试验、静力触探等）结果确定。回填土质量须满足GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》中相关要求。

3.2.2 方案二：强夯方案

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。

强夯法是用起重机械将大吨位夯锤起吊到6～30 m高度后，自由落下，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体溢出，使土粒重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性的一种有效的地基加固方法，也是目前最为常用和最经济的深层地基处理方法之一。

强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，也可按下列公式估算：

式中：M为夯锤重力，kN；h为落距(锤底至起夯面距离)，m；K为择减系数，与土质、能级、锤型、锤底面积、工艺选择等多种因素有关，一般黏性土取0.50，砂性土取0.70，黄土取0.35～0.50。

强夯的单位夯击能量，应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。

夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。

夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用2～3遍，最后再以低能量夯击一遍。对于渗透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。两遍夯击之间应有一定的时间间隔。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据低级土的渗透性确定，对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间，应不少于3～4周；对于渗透性好的地基土可连续夯击。

表2 方案主要的技术经济比较表

夯击点位置可根据建筑结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取5～9 m，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。

强夯处理范围应大于建筑物基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3。并不宜小于3 m。

根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一至数周后，对试夯场地进行测试，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。

针对本工程的设计要点本工程填方深度最大处约为8 m（已按场地设计标高考虑）。所以考虑二次填土，采用两遍强夯施工的方案实施，以减少对周边环境的影响。根据站区的填土范围和深度，先对整个场区回填土，然后进行第一次强夯处理，一遍点夯，一遍满夯。施工参数按如下选择：点夯单击夯击能取3000 kN·m（夯击2 遍，单点击数8 击），满夯单击夯击能取1000 kN·m（夯击2遍），并满足收锤标准（满足下列条件之一：最后两击平均夯沉量控制在50 mm 以内；夯坑周围不出现过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难）。满夯：每点夯击数1～2 击。夯点布置：点夯按等腰三角形布置，呈梅花型，满夯。夯点以0.7D（夯锤直径）间距相互搭接施工。施工开始前进行试夯，施工参数应根据试夯和现场跟踪检测结果进行调整。

站内建构筑物基础形式：主控通信楼、配电装置楼、巡检楼、警传室及泵房基础：以强夯后的回填土作为基础持力层；采用柱下独立基础。主变及电容器基础：以强夯后的回填土作为基础持力层；采用筏板基础或独立基础。220 kV、110 kV 及主变构支架基础：以强夯后的回填土作为基础持力层，采用杯口基础。事故油池及消防水池：均为钢筋混凝土底板，天然地基，以粉质黏土作为基础持力层。围墙基础：以强夯后的回填土作为基础持力层，采用墙下毛石条形基础。道路、电缆沟基础：以强夯后的回填土作为基础持力层。强夯施工工艺简单，结合本工程场地回填的要求，施工工期40～50天控制，强夯面积总计约为27000 m2，费用约170万元。

3.3 方案比较和选定

两个地基处理方案主要的技术经济比较如表2所示。

通过比较以上2 种地基处理方案，结合本工程的其他因素考量，最终采用了方案二，工程施工过程顺利，工期进度可控，施工效果达到了设计目标要求，地基处理费用未超出概算费用，效果良好。

4 结束语

地基处理作为变电站施工的重要组成部分，其施工效益直接影响着变电站输配电的安全性、稳定性和经济性。

从本工程的实施效果看，工程地基处理工期如期完成，地基基础处理费用达到预期的控制目标，工程实施效果良好，完全达到设计预期。