地下水与变电站建设的研究

蔡立川（四川锦能电力设计有限公司，四川　成都　610000）

地下水与变电站建设的研究

蔡立川
（四川锦能电力设计有限公司，四川成都610000）

在变电站的选址设计和建设中，必须做好水文地质的勘测。而地下水的埋藏条件，更是评价水文地质条件的重要依据，必须通过详细观察地下水位、采取水样进行水质分析，以及进行抽水试验等等，详细了解地下水的动态规律和变化趋势，并以此提出相应的防治措施与建议。本文结合实际工作经验，从地下水对变电站建设的影响出发，并就相应的防治水策略进行了分析与探讨。

地下水；变电站；建设；设计

影响变电站选址设计和正常建设生产的水文地质因素，主要包括了地下水水位、地下水水量以及地下水酸碱度这三个因素。其中，地下水水位的变化及动态规律，将可能对变电站建筑物及构筑物的结构及性能造成影响；而地下水水量、水质，则决定了变电站建设和日常生产中水源的补给和取水方式；地下水的酸碱度或各类离子含量，则会直接影响到变电站建筑物及构筑物的钢筋、混凝土、线缆等的耐久性，当其腐蚀性过高时必须采取相应的防腐蚀方案。

表1　各类井点降水法的适用范围表

一、地下水水位对变电站建设的影响及防治策略

1地下水水位对变电站基础抗拔力的影响

变电站构支架基础，在设计过程中应当验算其抗拔系数，当建筑基础处于地下水水位以下时，必须考虑到浮力的影响。本文以某变电站基础设计为例，分析地下水水位对变电站基础抗拔力的具体影响。某构架基础采用了钢筋混凝土结构阶梯式基础，其底板平面尺寸和第一阶梯的平面尺寸分别为2×2m和 1×1m，每一级的阶梯高度为0.5m，基础埋深为2.5m。构架基础抗拔稳定条件为：

在上式（1）中，T是指构架基础的上拔力；G和G0则分别是指基础的自重以及基础底板上的土重；KG则是指短期荷载作用下，所验算得出的基础的抗拔稳定系数，取值为1.0。当不考虑地下水位时，基础极限抗拔力Tmax=（G+G0）×0.9为171kN；而当地下水位在0m标高时，计算出该基础的极限抗拔力Tmax的值为94.5kN。前后的比值94.5/171=0.55，由此可以看出地下水水位的变化，对变电站基础的抗拔有较大的影响，其抗拔力下降了约45%，因此在变电站设计时，构架或存在倾覆条件的支架基础必须考虑到地下水水位的变化。

2地下水对变电站内基础建设的影响

变电站在设计选址时，一般不宜选址在软土地基上，因为其存在含水量丰富、承载力低以及压缩量较高等问题，也容易发生不均匀沉降或基坑坍塌等现象，影响到变电站的建设和正常运行。部分地区选址困难，不可避免软土地基时，就必须考虑到地下水水位的变化影响，并采取有效的排水加固措施，以保证变电站的正常施工建设。

目前，变电站建设中较为常见的软土地基的处理技术有：固化剂法、深层搅拌法、真空预压法、土工合成材料法、振冲碎石桩法、灰土挤密桩法等等，以上方法都可以起到降低地下水位，提高变电站地基土强度的目的。以真空预压法为例，该方法是在需要加固的软土地基中内部设置塑料排水板，然后在外层设置砂垫层和吸水管道，并利用真空装置进行抽气，使地基内外层产生气压差，从而进行排水、排气。真空预压法的特点是施工工艺及施工设备均较为简单，可以大面积的施工建设，且施工时间较短。

灰土挤密桩法，可在地基中成孔并分层填入灰土进行夯实。这种方法可以得到柔性桩复合地基，并适用于湿陷性黄土、杂填土、素填土等地基的地下水排除和加固，其处理深度通常在5m～15m左右。灰土挤密桩法的特点是施工简便，且不需要开挖和回填施工，其填料多就地取材，施工造价也较低。

3地下水对变电站基坑建设的影响

在变电站基础施工建设过程中，当基坑内外的地下水位差较大时，就容易出现潜蚀、流砂、管涌、渗透等破坏现象，从而导致基坑边坡失稳，并对变电站建筑物结构及施工安全造成影响。为此，在变电站基坑开挖施工中，还必须采取切实可行的治水方案，以有效保证工程建设质量与施工安全。目前，为尽量降低地下水水位对变电站基坑建设的影响，主要从两方面进行，一方面是做好地下水的堵截，另一方面则是尽量降低地下水位。

（1）地下水堵截方案

按当前的技术与工艺条件，可用于变电站建设中地下水堵截的技术方案主要有：地下连续墙、夹心墙、防渗帷幕、钢板桩、冻结法等等。其中，地下连续墙以钢筋混凝土作为基坑的支护结构，它既可以承受较大的侧土压力，又可以有效防止地下水的入侵，对于渗透性较小和较软弱的地质土层，有较好的止水效果；而夹心墙则是在基坑的稀浆槽中再挖设一条沟槽，然后再向槽内灌注混凝土，形成的防渗挡土墙，夹心墙技术既可以起到对地下水的堵截作用，又能对基坑边坡起到一定的支护作用，但施工造价偏高；防渗帷幕，则主要是在基坑四周或者底部，采用高压喷射注浆、深层搅拌等施工方法，在基坑四周或底部形成连续的墙幕，防渗阻水，这些方案可根据水量、水压、地质条件、工艺灵活选用，技术条件特别复杂时需进行专项试验。

（2）基坑降水方案

当地下水位高出基坑的底面时，则应当对基坑采用降水措施。较为常用的基坑降水方案，主要有明沟排水方案和井点降水方案这两种。

①明沟排水方案

这种降水方案是在基坑内部或者外部，通过设置一定数量的排水沟和集水井，然后再采用抽水设备将地下水从集水井中抽走的技术方法。明沟排水方案的特点是施工简便、设备简单且成本较低。

②井点排水方案

井点排水方案则是在基坑的周围，埋深一定数量能够渗水的井点管，然后通过配备一定的抽水设备，将地下水能连续不断地抽走，以保持基坑四周地下水位始终低于基底深度。该方案不仅有利于机械化施工，而且能适用于不同几何形状的基坑。目前在变电站建设施工中，较为常用的井点降水法主要有：轻型井点法、喷射井点法、电渗井点法、管井井点法等，各类井点法的适用范围，详见表1。在实际建设施工中，应根据基坑土层岩性、渗透性及工程特点进行合理的选用。

二、地下水水量及酸碱度对变电站建设的影响及防治策略

1地下水水量对变电站建设的影响地下水水量的补给条件与补给量直接决定变电站施工用水和日常生产、生活水源的补给和取水方式。因此，在变电站的选址设计阶段，必须做好对地下水水量的地质探测工作，以确定地下水水量、水质，并对变电站选址地区的供水水源进行评价。

其中，地下水的水质的指标主要包括了浑浊度、大肠杆菌群数量、菌落群数、水质是否有气味、水质微量元素含量等等，当地下水水质超标时，应采取一定的水质处理及净化技术；根据地下水水量情况，确定变电站水源的补给方式、净化工艺及取水地段。当地下水水源不能满足变电站生活水质要求以及用水量要求时，则应当考虑引接自来水。

2地下水酸碱度对变电站建设的影响

根据地下水酸碱度，通常分为强酸水（pH＜5）、中性水（pH=5～7）、弱碱性水（pH=7～9）以及强碱性水（pH＞9）这四类。地下水不同的酸碱度对变电站建筑、构筑物基础的混凝土与钢筋腐蚀程度也不同，应进行详尽的检测。

当地下水酸碱度为强酸性水（pH＜5）或者强碱性水（pH＞9）时，需正确确定建筑的环境类型，应加强混凝土及钢筋的保护，在施工建设中应尽量采取抗酸性腐蚀性较强的水泥品种，例如粉煤灰水泥、矿渣水泥等等；在钢筋混凝土设计中，应适当的加强钢筋的保护层厚度；在钢筋混凝土结构的地下变电站、电缆遂道等的混凝土表面进行防水处理，增强地下建筑物抗渗及防腐蚀的能力。而当地下水酸碱度为弱碱性水（pH=7～9）时，适当加强钢筋的保护层厚度，以避免盐对钢筋的腐蚀。

结语

本文从地下水水位、地下水水量以及地下水酸碱度这三个角度出发，分析和研究了地下水对变电站选址设计以及施工建设中的影响，并提出了相应的防治措施。综上所述，地下水对变电站的正常施工建设有着较大的影响，必须加强对站址水文地质的勘探工作，通过做好对地下水分布情况、水位变化情况、水量水质以及酸碱度等情况的详细分析与了解，以便在施工建设中能采取相应的防治措施，尽可能的避免因地下水对变电站的正常施工建设及运行带来影响。

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