变电站常用基础型式及地基处理分析

2015-12-23鞠洪涛湖北省电力勘测设计院湖北武汉430024

中国新技术新产品 2015年15期

关键词：挖孔灌注桩承载力

鞠洪涛（湖北省电力勘测设计院，湖北　武汉　430024）

变电站常用基础型式及地基处理分析

鞠洪涛
（湖北省电力勘测设计院，湖北武汉430024）

摘要：本文介绍了变电站主要建构筑物常用的基础型式和地基处理方式，并给出了变电站主要建构筑物承载力要求，并以湖北某220kV变电站地基处理为例，阐述了如何进行变电站地基处理方案设计。

关键词：变电站；基础型式；地基处理；桩基础

变电站作为电力运输的枢纽，其安全性关系到人民群众的生产和生活。所以，变电站设计的安全性显得尤为重要。变电站土建设施作为电气设备的基础，土建安全是变电站安全生产的必要条件，其安全性必须得到很好的保证。

1　变电站主要建构筑物

1.1变电站主要建构筑物的基础型式

变电站的建构筑物类型主要有主控通信楼、配电综合楼、屋内配电装置室、继电器室、泡沫消防小间、主变压器基础、屋外配电装置构支架及基础、户外GIS设备基础、事故集油池、污水处理设施、独立避雷针、围墙、挡土墙等。

主控通信楼一般为钢筋混凝土框架结构，现浇钢筋混凝土屋面，建筑找坡，基础一般采用柱下独立基础或桩基础。屋内配电装置室、继电器小室一般为钢筋混凝土框架结构，现浇钢筋混凝土屋面，结构找坡，基础一般采用柱下独立基础或桩基础。消防小间为单层砖混结构，现浇钢筋混凝土屋面，基础采用墙下条形基础。

屋外配电装置构支架及基础主要为柱下独立杯口基础；主变压器基础和户外GIS设备基础主要为钢筋混凝土整板基础；地埋式主变事故油池采用砖混结构，钢筋混凝土整板基础；污水处理设施一般为地下钢筋混凝土结构，钢筋混凝土整板基础；独立避雷针一般采用钢筋混凝土独立基础；围墙一般采用240mm厚非粘土烧结普通砖与水泥砂浆砌筑，基础采用墙下条形基础。挡土墙一般采用重力式挡土墙，当挡土墙高度小于3米时，基础可直接置于持力层上，当挡土墙高度大于3m时，基础需要采用钢筋混凝土扩展基础并尽量使基础置于较高承载力的土层或采用地基处理或桩基础。

2　变电站建构筑物地基处理方式

2.1地基处理方式简介

根据工程的地质情况和建构筑物的基础形式，可以采用的地基处理方式主要有换填垫层法、强夯、水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、水泥粉煤灰碎石桩（CFG）、人工挖孔桩（墩）基、钻孔灌注桩、静压高强度预制管桩。

换填垫层法主要适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，主要采用级配良好的砂石或者毛石混凝土进行换填处理。换填垫层法具有施工简单，振动小，噪音低；施工速度快，施工质量容易控制，造价低等优点。但其处理深度有限，一般换填深度不大于3m。

强夯适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。山区地基采用较多，处理深度一般为5m～10m。

水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、粘性土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基，也可重叠排桩充当深基坑的止水帷幕。水泥土搅拌桩的施工工艺分为浆液搅拌法（湿法）和粉体搅拌法（干法），湿法的加固深度不宜大于20m，干法不宜大于15m。

高压旋喷桩复合地基适用于淤泥、淤泥质土、粘性土（流塑、软塑和可塑）、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。处理深度一般不大于25m。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）适用处理粘性土、砂土、粉土和自重固结已完成的素填土地基。其常用的桩径主要有长螺旋钻中心压灌、干成孔和振动沉管成桩宜为350mm～600mm；泥浆护壁钻孔成桩宜为600mm～800mm；钢筋混凝土预制桩宜为300mm～600mm。一般处理深度不应小于4m。

人工挖孔灌注桩（墩）适用于处理地下水水位较深，或能采用井点降水的地下水位较浅而持力层以上无流动性淤泥质土的地基。在成孔过程中可能出现流砂、涌水、淤泥的地层不宜采用，故人工挖孔灌注桩不适宜用于砂土、碎石土等。变电站墩基处理深度易为：3m～6m；人工挖孔桩处理深度宜为6～15m。桩径一般取1000mm。

人工挖孔桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降量小。人工挖孔桩可多桩同时施工，施工方便、速度较快、不需要大型机械设备，挖孔桩要比木桩、混凝土打入桩震能力强，造价比冲锥冲孔、冲击锥冲孔、冲击钻机冲孔、回旋钻机钻孔、沉井基础节省。人工挖孔桩一般能有效控制工程质量，现场文明施工较容易控制，但是考虑到人工挖孔质量受人力因素影响较大，湖北省城乡建设厅《关于进一步加强建筑工程质量管理的通知》（鄂建文[2011]152号）中的相关规定，对于机械桩方便施工情况下，尽量减少人工挖孔灌注桩的使用。

钻孔灌注桩是一种常用的桩基础形式，适用范围广，通常适用于持力层层面起伏较大，可穿越各类土层及全风化基岩、强风化基岩。钻孔灌注桩具有如下优点，所以应用广泛。

（1）机械化作业，施工简单，造价低；（2）占用施工场地小，对周围建筑物影响小；（3）钢筋笼、砼可集中加工、配送，也可以现场加工，作业方便；（4）施工速度快，工艺成熟，施工过程中安全可靠性高。

静压法施工是通过静力压桩机以压桩机自重及桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。静力压桩法施工工艺具有噪音小、无污染、施工速度快、同时在压桩过程中可以预估单桩承载力等特点，适用于荷载较大的建构筑物，广泛应用于软土地基。采用静压预制管桩，由于不能扩底，一般桩长比较长，则工程费用高、很不经济。

2.2变电站主要建（构）筑承载力要求

单层框架主控通信楼或10kV、35kV配电装置室一般采用柱下独立基础或桩（墩）基础，其传至基础顶面的内力范围值为400kN～1000kN；500kV/220kV主变压器基础，一般采用钢筋混凝土筏板基础或桩（墩）基础，其传至基础顶面的内力范围值为120kPa～180kPa；500kV构架人字柱门型构架一般采用柱下独立基础或桩（墩）基础，其传至基础顶面的内力范围值为1000kN～1500kN；220kV/110kV构架人字柱门型构架一般柱下独立基础或桩（墩）基础，其传至基础顶面的内力范围值为300kN～600kN；500kV/220kV/110kV等设备支架一般采用悬臂单柱柱下独立基础或桩（墩）基础，其传至基础顶面的内力范围值一般不大于100kN；500kV/220kV户外GIS设备一般采用钢筋混凝土筏板基础或桩（墩）基础，其传至基础顶面的内力范围值为80kPa～150kPa。

3　工程实例

3.1湖北某220kV变电站工程概况

站址属垄岗地貌，地势起伏相对较大，总体呈南高北低、东高西低的地势，地面自然标高58.99m～70.56m（1985国家高程基准），站址范围内高差约12m。站址内主要为杉树林、茶场及旱地，另有少量水田、水塘及坟茔分布。

场地岩土层特征按剖面图中编号顺序由上而下叙述如下：（1）素填土：红褐色、黄褐色，稍湿，松散，局部为稍密。主要为耕植土及植被土，含大量植物根系，全场分布。松散，状态不均匀，建筑性能差，不宜作为建（构）筑物的天然地基持力层。（2）粉质黏土：褐红、棕红色，湿，可塑，局部可塑偏硬，含少量铁锰质结核和灰白色高岭土条带。具中等压缩性，fak=140kPa，承载力一般，站址北侧冲沟地段及地势相对较低处有分布，可作为一般轻型建（构）筑物的天然地基持力层。（3）粉质黏土：黄褐色、棕黄色，稍湿，硬塑，局部坚硬，含少量铁锰质结核和灰白色高岭土条带。具中等压缩性，fak=260kPa，承载力较高，全场分布，是较好的建（构）筑物天然地基持力层，可作为桩端持力层。（4）泥质粉砂岩：灰黄、紫红、红褐色，强风化，泥质粉砂结构，中厚～厚层状构造，节理裂隙发育，岩体破碎，岩芯多呈土柱状、局部呈碎块状，该层局部夹泥岩、砂岩。具低压缩性，fak=400kPa，承载力高，全场分布，埋深较浅地段是较好的建（构）筑物天然地基持力层，可作为桩端持力层。

3.2湖北某220kV变电站地基处理方案

根据场地的岩土条件，填土厚度较小的地段，可采用天然地基方案，填土厚度不大时，采用毛石混凝土垫层进行地基处理；在填土厚度较大的地段，拟采用桩基础进行处理，常采用的桩基础有三种：钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩、和静压预制管桩。

钻孔灌注桩与预制桩相比，可以制造比预制桩的直径大的多的桩；同样的桩长情况下可以提供更大单桩承载力，从而可以减少桩长、桩的数量，经济效果更显著。本变电站可以利用的桩端持力层位置相对较浅，所以更适合选用直径较大的钻孔灌注桩。

人工挖孔桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降量小。本工程考虑但是考虑到人工挖孔质量受人力因素影响较大，及湖北省城乡建设厅《关于进一步加强建筑工程质量管理的通知》（鄂建文[2011]152号）中的相关规定，同时本工程局部回填土较厚，不宜采用人工挖孔灌注桩。

综合上述分析本工程地基处理方案为：在填土厚度不大时，采用C15毛石混凝土垫层进行换填；在填土厚度较大的地段，拟采用钻孔灌注桩进行处理。