变电站基础设计及不良地基处理方法
摘要：变电站工程基础设计是变电站施工设计优化的重点。文章针对变电站建筑物的不同特点，介绍了几种对变电站不良地基进行处理的方法。
关键词：地基沉降；基础设计；土体；不均匀沉降；加固处理
变电站在电力系统网络中起着变压、分流的作用，某个变电站出了问题，除了对其本身供电的区域造成停电外，还会对与其连接的其他变电站甚至整个电力系统网络造成影响。由此可见，变电站在电力网络中的重要地位及对其工程质量的高度要求。变电站土建工程主要是为输变电设备服务，土建工程质量的好坏直接影响变电站的安全运行。在变电站土建工程中．影响工程质量的因素除了其本身结构施工质量的好坏之外，还有就是不良地基引起基础的不均匀沉降。本文结合变电站土建工程的特点，谈谈对变电站土建工程的不良地基处理。
1变电站地基设计
由于变电站站址经常选在地形平坦，平原地区，站址区域上部经常覆盖冲积层，且有很厚的淤泥层．故需要特别重视对不良地基的施工处理。基础设计是施工设计优化的重点．普通条形基础在建筑物总造价中所占比例为15％~20%，故应熟读地质资料．尽量利用天然地基，对基础进行优化设计。地基局部超深采用块石灌浆基础，对地基较差部分采用放大基础；基础满足设备安装运行要求时，尽量浅埋。尽量采用放大基础而少来用钢筋混凝土桩幕础。对于必须使用桩基础部位，应尽量采用直径300~400ｍｍ桩径钻孔桩，减少或不用人工挖孔桩。施工阶段加强基坑验槽工作，确保施工开挖达到设计要求地基土层。对个别设计地基与实际地基情况不符时，应现场临时挖探坑或现场测试。能达到设计承载
力时，尽量利用天然地基；不满足承载力时，采用放大基础处理或临时局部换填处理。施工回填区应要求将回填土通过人工或机械夯实，密实度系数为0.91~95之间。采用黏土夯实地基，而位于地下水位以上的地基考虑挖深2.5m左右，采用三七灰土或三合土通过人工或机械夯实，每次填土厚度为25cm左右．夯实至厚度为15cm，直至基础底面。对基础埋深过大的，采用块石灌浆放大基础，应尽量减少基础埋深。对承载力在150KPa的天然地基，考虑采用换填土放大基础，一般换填土采用级配卵石放大的基础。对于多层建筑，根据持力层深度大于5m。采用桩基础，3~5m以内超深基础采用块石灌浆法比较经济。
2变电站工程存在不良地基的原因及影响
以下几种变电站站址比较容易出现不良地基。
（l）变电站选址在坡底的冲积平地，表面比较平整，但是由于平地形成年限不长，并受到山水的侵蚀，容易出现软弱地基。
（2）由于变电站站址经常选择在平原地区，地形平坦，站址区域上部经常覆盖冲积层，且有很厚的淤泥层，当建筑物采用天然基础时，不管是软土还是硬土，虽都能满足承载力的要求，但因为软土存在压缩性，硬土（风化岩土）基本不具压缩性，所以会出现地基的不均匀沉阵，导致建筑物产生楼板开裂、墙体产生裂缝等现象。
（3）站址所处的地形高差较大，经过挖填平衡后，填土较深，同时填土部分面积大且不规则，虽然在三通一平过程中表面部分被压实，但是由于施工工期短，并未全部压实或产生预沉降。
（4）受到地形条件的限制，站址部分全部坐落在水田或水塘中，而田（水塘）中的淤
泥属于软弱地基。
（5）如溶洞、沟润及其他回填土等不可预见的情况，都可以形成不良地基。不良地基由于承载力小，容易使地基上部结构产生不均匀沉降，而变电站的构筑物虽然结构独立，但是通过电力设备和管线相连，如果地基产生不均匀沉降，不仅造成建筑物本身结构被破坏．还会引起电力设备和管线的变形，导致电力安全事故的发生。地基的过量变形还将使建筑物损坏或影响其使用功能，而高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土及软硬不均匀等不良地基上的建筑物，都是基础设计中必须认真考虑的问题。在基础设计阶段应了解地下情况，调查其是否位于高回填区或滑坡地段，地下有无防空洞、主要管道等。这样可以减少不必要的地基处理和搬迁费用。某110kV户内站在可研阶段发现地下回填土厚度达15m，全部为开挖乱石回填，土层密实度较差，不能作为主要建筑物持力层，处理费用高达150万元，同时地下埋藏有直径1.2m的主污水管道，搬迁费用高达60万元，因此设计确定重新选址。
3变电站工程存在不良地基的处理方法
3.1强夯法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。对高饱和度的粉土与黏性土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。强夯施工前，应在施工现场选取一个或几个有代表性的试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。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。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000~3000KN•ｍ/ｍ2，细颗粒土可取1500~4000KN•ｍ/ｍ2。
韶关某变电站新建工程按照设计要求，并依据以上的原则，对主变场区回填土进行分
层碾压后进行强夯，获得了预期的效果。对韶关始某电站新建工程主变压器地段回填土进行检测认定，原场地地形起伏较大，回填整平后地形较平坦，地面高差在0.5m左右，场区地貌属于丘陵区。本次检测场地回填土均有分布，厚薄不均，厚度一般在3.10~7.30ｍ之间，为粉质黏土组成的素填土，其下为原耕植土及可塑——坚硬的粉质黏土。检测地段的回填土呈可塑——坚硬状态，液性指数0.429，稍湿一湿，含水里21.3~30.3，为中等压塑性土，压塑系数0.13~0.49MPa-1,，压塑模量4.10~12.05MPa，压实系数可达0.92~0.97，主变压器基础按浅基础设计，基本上达到了设计要求。
3.2树根桩法
树根桩法适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修复和增层、站建筑的整修、地下铁道的穿越等加固工程。树根桩的直径宜为150~300ｍｍ，桩长不宜超过30m，桩的布置可采用直桩型或网状结构斜桩型。树根桩的单桩竖向承载力可通过单桩载荷试验确定。当无试验资料时，也可按国家现行标准健筑地基基础设计规范有关规定估算。
广东某220kv变电站地处市区外．站址地势低洼、水系发育，地层以高压缩性呈软塑状黏土为主。变电站一期工程设备投人运营以来．大部分刀闸基础均发生不同程度的下沉和倾斜。在二期工程中．为解决基础下沉与倾斜问题，采用树根桩方法进行了地基处理。至今，设备支架再未发生下沉与倾斜，证明树根桩方法处理软弱地基是合适有效的。
3.3地基土体卸载法
某500kv变电站工程在投运前发现主变压器基础与散热器基础产生不均匀沉降，导致设备受损。如果处理不当，将严重影响本地区的正常供电。为使500kV变电站在拟定时间
内投入运行，经多方案比选，采用了“地基土体卸载法”对地基基础进行加固处理，收到了安全、经济、快捷的效果，值得同类型基础设计借鉴。
3.4水泥土搅拌法
水泥土搅拌法是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，就地将软土与固化剂（浆液或粉体．其中浆液适用于深层搅拌法；粉体适用于粉体喷搅法）强制搅拌．使软土硬结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基承载力和减小沉降及其他特征变形，并将其作为基坑的防渗帷幕、重力式挡土墙。深层搅拌法可在土中形成水泥土桩、格栅或地下连续墙，处理深度可达8~12m。水泥土搅拌法处理软土的固化剂宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥。水泥的掺量除块状加固时宜为被加固土质量的7％~12％外，其余宜为12％~20％。湿法的水泥浆水灰比可选用0.45~0.55。采用水泥土搅拌法进行加固，可以避免因地基变形产生不均匀沉降、开裂等情况而影响正常使用。水泥土搅拌桩的桩径为500ｍｍ，中心距为1000ｍｍ。加固深度10m左右，加固后的地基承载力特征值应大于150kPa。站内一般场地，采取分层碾压夯实，要求压实系数达到0.95。
某500kv变电站是在珠江三角洲深厚淤泥地质低洼地区建设的一座重要的枢纽变电站，通过对深厚淤泥地区的地质情况进行分析，结合该工程实际情况，并根据分析研究比较，提出了采用“水泥土搅拌法”的解决方案，达到预期的效果，取得了良好的社会效益和经济效益。
4结语
在以往变电站建筑工程施工中，由于填土层处理不好．常常出现建筑物和地坪开裂事
故，因此要特别重视对变电站填土地基的处理。我们要认识到科学设计、合理控制工期、掌握正确的施工方法，才能保证工程的质量，避免发生事故。而完成这些工作需要设计工作者和施工单位共同努力，密切配合
变电站基础设计及不良地基处理方法
摘要：变电站工程基础设计是变电站施工设计优化的重点。文章针对变电站建筑物的不同特点，介绍了几种对变电站不良地基进行处理的方法。
关键词：地基沉降；基础设计；土体；不均匀沉降；加固处理
变电站在电力系统网络中起着变压、分流的作用，某个变电站出了问题，除了对其本身供电的区域造成停电外，还会对与其连接的其他变电站甚至整个电力系统网络造成影响。由此可见，变电站在电力网络中的重要地位及对其工程质量的高度要求。变电站土建工程主要是为输变电设备服务，土建工程质量的好坏直接影响变电站的安全运行。在变电站土建工程中．影响工程质量的因素除了其本身结构施工质量的好坏之外，还有就是不良地基引起基础的不均匀沉降。本文结合变电站土建工程的特点，谈谈对变电站土建工程的不良地基处理。
1变电站地基设计
由于变电站站址经常选在地形平坦，平原地区，站址区域上部经常覆盖冲积层，且有很厚的淤泥层．故需要特别重视对不良地基的施工处理。基础设计是施工设计优化的重点．普通条形基础在建筑物总造价中所占比例为15％~20%，故应熟读地质资料．尽量利用天然地基，对基础进行优化设计。地基局部超深采用块石灌浆基础，对地基较差部分采
用放大基础；基础满足设备安装运行要求时，尽量浅埋。尽量采用放大基础而少来用钢筋混凝土桩幕础。对于必须使用桩基础部位，应尽量采用直径300~400ｍｍ桩径钻孔桩，减少或不用人工挖孔桩。施工阶段加强基坑验槽工作，确保施工开挖达到设计要求地基土层。对个别设计地基与实际地基情况不符时，应现场临时挖探坑或现场测试。能达到设计承载力时，尽量利用天然地基；不满足承载力时，采用放大基础处理或临时局部换填处理。施工回填区应要求将回填土通过人工或机械夯实，密实度系数为0.91~95之间。采用黏土夯实地基，而位于地下水位以上的地基考虑挖深2.5m左右，采用三七灰土或三合土通过人工或机械夯实，每次填土厚度为25cm左右．夯实至厚度为15cm，直至基础底面。对基础埋深过大的，采用块石灌浆放大基础，应尽量减少基础埋深。对承载力在150KPa的天然地基，考虑采用换填土放大基础，一般换填土采用级配卵石放大的基础。对于多层建筑，根据持力层深度大于5m。采用桩基础，3~5m以内超深基础采用块石灌浆法比较经济。
2变电站工程存在不良地基的原因及影响
以下几种变电站站址比较容易出现不良地基。
（l）变电站选址在坡底的冲积平地，表面比较平整，但是由于平地形成年限不长，并受到山水的侵蚀，容易出现软弱地基。
（2）由于变电站站址经常选择在平原地区，地形平坦，站址区域上部经常覆盖冲积层，且有很厚的淤泥层，当建筑物采用天然基础时，不管是软土还是硬土，虽都能满足承载力的要求，但因为软土存在压缩性，硬土（风化岩土）基本不具压缩性，所以会出现地基的不均匀沉阵，导致建筑物产生楼板开裂、墙体产生裂缝等现象。
（3）站址所处的地形高差较大，经过挖填平衡后，填土较深，同时填土部分面积大且
不规则，虽然在三通一平过程中表面部分被压实，但是由于施工工期短，并未全部压实或产生预沉降。
（4）受到地形条件的限制，站址部分全部坐落在水田或水塘中，而田（水塘）中的淤泥属于软弱地基。
（5）如溶洞、沟润及其他回填土等不可预见的情况，都可以形成不良地基。不良地基由于承载力小，容易使地基上部结构产生不均匀沉降，而变电站的构筑物虽然结构独立，但是通过电力设备和管线相连，如果地基产生不均匀沉降，不仅造成建筑物本身结构被破坏．还会引起电力设备和管线的变形，导致电力安全事故的发生。地基的过量变形还将使建筑物损坏或影响其使用功能，而高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土及软硬不均匀等不良地基上的建筑物，都是基础设计中必须认真考虑的问题。在基础设计阶段应了解地下情况，调查其是否位于高回填区或滑坡地段，地下有无防空洞、主要管道等。这样可以减少不必要的地基处理和搬迁费用。某110kV户内站在可研阶段发现地下回填土厚度达15m，全部为开挖乱石回填，土层密实度较差，不能作为主要建筑物持力层，处理费用高达150万元，同时地下埋藏有直径1.2m的主污水管道，搬迁费用高达60万元，因此设计确定重新选址。
3变电站工程存在不良地基的处理方法
3.1强夯法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。对高饱和度的粉土与黏性土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。强夯施工前，应在施工现场选取一个或几个有代表性的试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。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。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000~3000KN•ｍ/ｍ2，细颗粒土可取1500~4000KN•ｍ/ｍ2。
韶关某变电站新建工程按照设计要求，并依据以上的原则，对主变场区回填土进行分层碾压后进行强夯，获得了预期的效果。对韶关始某电站新建工程主变压器地段回填土进行检测认定，原场地地形起伏较大，回填整平后地形较平坦，地面高差在0.5m左右，场区地貌属于丘陵区。本次检测场地回填土均有分布，厚薄不均，厚度一般在3.10~7.30ｍ之间，为粉质黏土组成的素填土，其下为原耕植土及可塑——坚硬的粉质黏土。检测地段的回填土呈可塑——坚硬状态，液性指数0.429，稍湿一湿，含水里21.3~30.3，为中等压塑性土，压塑系数0.13~0.49MPa-1,，压塑模量4.10~12.05MPa，压实系数可达0.92~0.97，主变压器基础按浅基础设计，基本上达到了设计要求。
3.2树根桩法
树根桩法适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修复和增层、站建筑的整修、地下铁道的穿越等加固工程。树根桩的直径宜为150~300ｍｍ，桩长不宜超过30m，桩的布置可采用直桩型或网状结构斜桩型。树根桩的单桩竖向承载力可通过单桩载荷试验确定。当无试验资料时，也可按国家现行标准健筑地基基础设计规范有关规定估算。
广东某220kv变电站地处市区外．站址地势低洼、水系发育，地层以高压缩性呈软塑状黏土为主。变电站一期工程设备投人运营以来．大部分刀闸基础均发生不同程度的下沉和倾斜。在二期工程中．为解决基础下沉与倾斜问题，采用树根桩方法进行了地基处理。至今，设备支架再未发生下沉与倾斜，证明树根桩方法处理软弱地基是合适有效的。
3.3地基土体卸载法
某500kv变电站工程在投运前发现主变压器基础与散热器基础产生不均匀沉降，导致设备受损。如果处理不当，将严重影响本地区的正常供电。为使500kV变电站在拟定时间内投入运行，经多方案比选，采用了“地基土体卸载法”对地基基础进行加固处理，收到了安全、经济、快捷的效果，值得同类型基础设计借鉴。
3.4水泥土搅拌法
水泥土搅拌法是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，就地将软土与固化剂（浆液或粉体．其中浆液适用于深层搅拌法；粉体适用于粉体喷搅法）强制搅拌．使软土硬结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基承载力和减小沉降及其他特征变形，并将其作为基坑的防渗帷幕、重力式挡土墙。深层搅拌法可在土中形成水泥土桩、格栅或地下连续墙，处理深度可达8~12m。水泥土搅拌法处理软土的固化剂宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥。水泥的掺量除块状加固时宜为被加固土质量的7％~12％外，其余宜为12％~20％。湿法的水泥浆水灰比可选用0.45~0.55。采用水泥土搅拌法进行加固，可以避免因地基变形产生不均匀沉降、开裂等情况而影响正常使用。水泥土搅拌桩的桩径为500ｍｍ，中心距为1000ｍｍ。加固深度10m左右，加固后的地基承载力特征值应大于150kPa。站内一般场地，采取分层碾压夯实，要求压实系数达到0.95。
某500kv变电站是在珠江三角洲深厚淤泥地质低洼地区建设的一座重要的枢纽变电站，通过对深厚淤泥地区的地质情况进行分析，结合该工程实际情况，并根据分析研究比较，提出了采用“水泥土搅拌法”的解决方案，达到预期的效果，取得了良好的社会效益和经济效益。
4结语
在以往变电站建筑工程施工中，由于填土层处理不好．常常出现建筑物和地坪开裂事故，因此要特别重视对变电站填土地基的处理。我们要认识到科学设计、合理控制工期、掌握正确的施工方法，才能保证工程的质量，避免发生事故。而完成这些工作需要设计工作者和施工单位共同努力，密切配合
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