某220kV变电站地基处理专题研究

2011-12-20赵东旭王丽娜

城市建设理论研究 2011年23期

赵东旭王丽娜

摘要:在变电站设计中，地基处理占有十分重要的地位，直接关系到工程实施的可行性，对变电站的选址、总平面布置及总投资都有重大影响。为确保项目顺利实施，在对变电站所在区域地址进行详勘之后，对比研究多种地基处理方案，以安全可靠为基本原则进行技术经济性分析，推荐地基处理最优方案。

关键词: 220kV变电站；地基处理；干振挤密碎石桩；水泥土搅拌桩

1. 工程概况

某220kV变电站位于山东省德州市，变电站内主要建、构筑物有：35kV生产综合楼、220kV生产综合楼、水泵房及保安室、主变压器基础、事故油池、消防蓄水池、独立避雷针。变电站内的建、构筑物具有设备荷载大，对地基沉降要求严格等特点，因此，保障变电站安全运行，地基条件十分重要。

2. 区域地址条件概述

拟建站址区域地形平坦，地貌成因类型为冲积平原，地貌类型为平地。拟建站区地层为第四系全新统冲积层（Q4al），岩性为粉土、粘土。根据野外钻探描述，结合室内土工试验和原位测试成果，将本次勘测所揭露的地层岩性主要特征及分布规律自上而下描述如下：

①粉土：灰黄、灰褐等色，局部相变为粉砂，上部含少量植物根系，夹①-1粘土层，稍密，稍湿～很湿。该层层厚5.40～8.25m，层底深度7.50～9.70m，层底高程12.07～13.05m。场地内普遍分布。地基土承载力特征值 fak 建议采用：fak =90～110kPa。

①-1粘土：棕黄、棕红等色，可塑状态，湿。该层层厚1.25～3.10m，呈夹层状分布于①粉土中，场地内普遍分布。fak =100～120kPa。

②粘土：灰黄、灰褐等色，可塑状态，局部软塑状态，很湿，夹②-1粉土层。该层层厚1.10～2.80m，层底深度11.00～13.50m，层底高程8.28～9.55m。场地内普遍分布。地基土承载力特征值 fak 建议采用：fak =100～120kPa。

②-1粉土：灰黄、灰褐等色，稍密，很湿。该层层厚0.75～2.40m，呈夹层状分布于②粘土层中，场地内普遍分布。地基土承载力特征值 fak 建议采用：fak =110～130kPa。

③粉土：灰黄、灰褐、青灰等色，局部相变为粉砂，稍密～中密，很湿，夹③-1粘土层。本次勘测未穿透该层，最大揭露厚度为4.80m。场地内普遍分布。地基土承载力特征值 fak 建议采用：fak =120～140kPa。

③-1粘土：黄褐、灰黑等色，可塑状态，很湿，呈夹层状分布于③粉土中，最大揭露厚度为2.00m。地基土承载力特征值 fak 建议采用：fak =120～140kPa。

3地基评价

拟建站址区①粉土、①-1粘土地层地基强度较低，可以作为荷重较轻、对沉降不敏感的一般拟建建（构）筑物的天然地基持力层；对于荷重较大且对沉降敏感的主要拟建建（构）筑物，当能满足其对地基的强度和变形要求时，可以选择上述地层作为其天然地基持力层，不能满足要求时，建议采用人工地基。

②粘土、②-1粉土及以下土层埋深较大，不适于作为拟建建（构）筑物天然地基持力层。

4. 地基处理方案

人工地基方案区域实践经验较多，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002、J 220-2002）和《电力工程地基处理技术规程》（DL/T 5024-2005），主要有垫层法、强夯法、强夯置换法、干振挤密碎石桩法和水泥土搅拌桩法等。

4.1技术性比较

对本站址岩土地质情况，对比各方法并叙述如下：

(1) 垫层法

垫层法是一种浅层处理软弱土地基的传统方法，在软弱土地区使用较广泛，具有因地制宜、就地取材和施工简便等特点，处理厚度一般为1～3m，通过换填基底下部分软弱土层，可以提高地基土的承载力和稳定性。当换填垫层厚度超过3m时，挖、填土方量较大，施工期长，施工质量不易保证，且造价较高。本工程软弱土层下限在6.5m～11.05m左右，变电站内全部建、构筑物的地基均采用垫层法处理不合适。

(2) 强夯法

強夯法又称为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将很重的夯锤提高到一定高度使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力并降低其压缩性，改善地基性能。

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。经过处理后的地基，既提高了地基的强度，又降低了其压缩性。

但对于饱和度较高的粉土和粘性土，强夯的效果不显著。本工程各土层的饱和度平均在95%左右，因此强夯法不适用于本工程。

(3) 强夯置换法

强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑～流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。因变电站中建构筑物对变形控制较严格，故强夯置换法也不适用于本工程。

(4) 干振挤密碎石桩法

干振挤密碎石桩法是利用振动方式，在软弱地基上一边振动成孔，一边填入砾石、卵石、碎石等材料并将其挤压入土中，形成密实碎石桩的地基处理方法。其基本原理是利用振动法在砂土和粉土中沉入桩管时，对其周围会产生很大的横向挤压力，桩管将地基中等于桩管体积的土挤向桩管周围的土层，使地基达到密实，从而提高地基承载力，降低孔隙比，减少基础沉降。

这种方法是一种常用的处理地基的方法，具有施工单位多，施工规范明确的优点。如果按规范施工，施工质量也比较容易控制。

干振挤密碎石桩法可用于本工程的地基处理。

(5) 水泥土搅拌桩法

此法是利用水泥（石灰）等材料作为固化剂，通过深层搅拌机在地基深部，就地将软土和固化剂强制拌合，利用固化剂和软土发生一系列物理、化学反应，凝结成具有整体性、水稳定性和较高强度的水泥加固体，与天然地基形成复合地基。

此法在地基加固过程中，无振动、无噪音，对环境无污染，同时施工期较短，造价低廉，效果显著。

水泥土搅拌桩法也适用于本工程。

综合比较各种地基处理方案，干振挤密碎石桩法和水泥土搅拌桩法可用于处理35kV生产综合楼、主变压器基础、220kV生产综合楼等对地基承载力要求较高的区域。

4.2 经济性比较

采用干振挤密碎石桩法和水泥土搅拌桩法进行地基处理的主要技术经济指标比较：

干振挤密碎石桩：桩径500mm，桩长约12.5m，桩间距1.0m～1.5m，桩数量3956根，碎石褥垫层体积：2075.63m3，工程造价约204.17万元。

水泥土搅拌桩：桩径500mm，桩长约12.5m，桩间距1.0m～1.5m，桩数量3500根，碎石褥垫层体积：1685.05m3，工程造价约149.14万元。

从上述比较中可以看出，采用干振挤密碎石桩法工程造价约204.17万元，采用水泥土搅拌桩法工程造价约149.14万元，干振挤密碎石桩法费用要高于水泥土搅拌桩法约55.03万元。