变电站深厚填土地基防渗设计及地基处理

侯光荣

（佛山电力设计院有限公司，广东 佛山 528200）

0 引言

某500 kV变电站选址于惠州市仲恺区潼湖镇，站址北面为500 kV福东线路铁塔，西南侧紧邻新光村水库。由于变电站的征地难度大，上游保留了部分鱼塘，使得变电站填土更厚，如果不做好填方区基础处理与防渗处理，水渗透可能会导致填方区水土流失、地基变形、设备不能正常运行，威胁变电站的安全运行。因此在布置常规排水系统外，还需要针对填方区采取的特殊防渗处理措施及深厚填土地基处理问题进行分析论证，确保变电站的安全运行[1-3]。

1 工程概述

500 kV变电站站址地貌由两山夹一鱼塘构成，最大高差为62 m。为了减少挖填方工程量和高边坡的治理费用，对常规布置、部分SF6气体绝缘封闭式 组 合 电 器（Hybird Gas Insulated Switchgear，HGIS）布置、户内SF6绝缘全封闭式组合电气器（Gas Insulated Switchgear，GIS）方案的综合经济性进行了比较，确定HGIS布置方案的经济性较好。

为使HGIS布置方案各项指标更优，保证变电站与新光村水库、500 kV铁塔的安全距离满足规范要求，对场地设计标高、500 kV出线方向、进站道路入口进行不同组合，最终决定将500 kV配电装置布置在东侧，220 kV配电装置布置在西侧，中部布置主变压器和35 kV配电装置，由南侧进站。经评估，全站场地设计标高为42.5 m高程时造价最优。总平面布置图见图1。

图1 总平面布置图

从图1可以看出，该方案避免了超高挖方边坡，但500 kV配电装置位于21 m深厚填方区。500 kV场地上游保留了部分鱼塘，也出现21 m高差的填方边坡，因此填方边坡防渗处理、地下水排出、深厚填土地基处理、填土厚度不均匀而产生的不均匀沉降等问题是本工程设计面临的难题，以下按照施工的先后顺序对主要问题进行分析论证。

2 工程设计要点

2.1 复合防渗墙

经计算，本站设计标高高于北边东江100年洪水位及附近新光村水库坝顶高程，但附近地形呈簸箕形，填方区完全堵死了小流域范围内洪水的出口。对于上游鱼塘，本站填土起到了土坝的作用，为了防止上游鱼塘水长期渗透会带走填土中的细小颗粒，造成填方区水土流失和下沉，考虑到填方区上部是500 kV联合构架和HGIS设备，因此必须做防渗设计。

常用的边坡防渗（或防冲刷）措施就是在迎水面铺400 mm的浆砌石护面或现浇钢筋混凝土面板，但浆砌石护坡或钢筋混凝土面板易受温度、人类活动等因素影响而出线裂缝，不能保证防渗效果。

经过论证比较，并参考土石坝中黏土心墙的做法[1]，决定采用黏土心墙+高压旋喷桩组成复合防渗墙。该方案造价适中，且具有双重防渗功能，免维护，施工相对简单、质量有保证。为了避免与站内管线交叉及施工冲突，将其布置在填方边坡马道上，边坡及复合防渗墙示意图见图2。

图2 边坡及复合防渗墙示意图

黏土心墙厚度3.5 m，要求用黏粒含量30%~40%或塑性指数为17~20的优质黏土填筑，同时要严格控制有机物含量小于1%，水溶岩含量小于3%。高压旋喷桩直径为800 mm，采用双管法施工，使用32.5级以上硅酸盐水泥，水泥含量300 kg/m。水泥土强度不小于5 MPa。

复合防渗墙的具体做法如下：

（1）在鱼塘清淤验槽合格后，按设计位置开挖3.5 m×1.5 m的基槽，分层碾压回填优质纯粘土，压实系数0.94，回填到与排水垫层顶平即可。

（2）排水垫层施工结束后，在同一位置继续回填优质黏土，其他位置同时填土，交替分层回填碾压至第一次强夯要求的标高即可。

（3）进行第一次强夯施工并检测合格。

（4）按照（2）、（3）步骤循环直至完成所有站区填土。

（5）用双排800 mm的高压旋喷桩相互重叠200 mm在黏土心墙中部形成1.4 m厚的素混凝土墙。要求高压旋喷桩上端高于鱼塘100年水位线2.0 m，下端超过黏土心墙底部1.0 m。采用抽芯法等方法检验高压旋喷桩施工质量合格即可。

2.2 地下水排出系统

变电站填方区位于鱼塘及其下游的低洼处，清淤后站内填方区域形成V字形地形。由于两边高山及上游鱼塘的原因，填方区始终有地下水渗出，竣工后也有站内雨水、山坡雨水、甚至上游鱼塘水下渗到填方区，造成水土流失；考虑到复合防渗墙是保证填方区整体稳定性的第一道防线，决定在填土区底部设置排水垫层和排水盲沟，构成填土底部排水系统。

排水垫层可以保证地下水快速汇集到排水盲沟中，避免新填土被地下水软化、新老土层之间形成软弱土层，也可保证施工机械正常进场作业[4-5]。排水盲沟可以快速排出汇集的地下水及上游鱼塘渗入填方区底部的水。由于排水盲沟由两层土工布包裹碎石而成，可以保证填土中细小颗粒不被带走。

排水系统的具体做法如下：

（1）沿征地线外侧在鱼塘中填筑施工围堰，抽干征地范围内鱼塘水。

（2）挖除鱼塘和下游低洼处软弱土层，直到露出老土为止。

（3）沿填方区V字形地形的最低点设截面为2.0 m×1.5 m的排水盲沟，排水盲沟的路径沿清淤后地形的最低点设置，并确保有1%~3%的坡度，局部稍高处开槽，保证地下水顺畅排出填方区流到站外明沟。同时沿复合防渗墙下游边线也设置截面为2.0 m×1.5 m的排水盲沟，排水盲沟整体呈T字形布置（见图1）。排水盲沟采用人工碎石，外包两层土工布。

（4）排水垫层采用600 mm厚的级配砂石铺成，沿填方区V字形的底部和两边满铺。排水垫层的铺填上线要高于鱼塘100年水位线1.0 m。

（5）地下水排出系统经验收合格后方可进行上部填土施工。

2.3 鱼塘水强排系统

本站附近地形呈簸箕形，填方区完全堵死了小流域范围内洪水的出口，小流域范围内的降雨全部汇集在上游鱼塘中，没有任何出口可以泄流，鱼塘水只能通过蒸发、渗透逐渐减少，随着时间的推移，鱼塘水位会越来越高，直至超过100年水位或防渗墙高度。为了保证变电站的长期安全运行，在填方边坡35.5 m标高平台上按照2用1备的原则设置3台大功率水泵。当鱼塘水位达到50年水位时，开启1台水泵抽水；当鱼塘水位达到100年水位时，开启2台水泵抽水；在台风或暴雨来临前提前抽水使水位降到50年一遇水位以下。

2.4 深厚填土地基处理

通过以上措施可以保证本站填方区的整体稳定不受上游鱼塘的影响。为了满足填方区建构筑物对地基承载力和变形的要求，根据规范要求和其他工程经验，采用分层强夯法处理填土地基[6-8]。

填土按虚铺500 mm一层、分层碾压施工，边坡部分的压实系数不小于0.94，其他部分不小于0.92；要逐层检验合格后方可继续上层填土，填土中强风化岩和中风化岩比例较高，为保证填土质量，要求粒径大于300 mm的块石必须进行二次破碎，方可用于回填。

本站最大填土厚度为21 m，结合边坡分级的高度，当填土厚度达到7 m、14 m、21 m时用4000 kN·m的能量进行强夯。

每层强夯结束后，间隔7~10 d进行地基承载力检测。要求处理后填土的承载力特征值达到180 kPa，同时需通过现场直剪试验测定填土的黏聚力c和内摩擦角φ值。

根据检测报告，填土承载力均达到180 kPa，满足设计要求。6组现场直剪试验测得c=22 kPa、φ=35°，利用理正软件进行边坡稳定分析，边坡稳定安全系数K=1.42，达到了一级边坡要求。

2.5 500 kV联合构架地基处理

经过强夯处理及静载试验，新填土地基承载力特征值均到达180 kPa，完全满足道路、围墙、设备支柱、HGIS设备基础的要求。由于填方区填土形状呈V字形，500 kV联合构架下填土厚度范围为5~21 m，沉降差不能满足规范要求，因此需采用桩基再处理联合构架地基。根据地质报告结论，填方区岩面倾斜较大，推荐采用旋挖成孔灌注桩处理联合构架地基，该方法施工周期短，费用较低。

旋挖成孔灌注桩直径1000 mm，以中风化砂岩做持力层，桩端入中风化砂岩1.0 m。由于基岩面倾斜，桩基施工前必须逐桩做超前钻才可准确确定持力层和桩长。

3 结束语

该变电站通过对深厚填土的强夯处理，同时在填方区采用复合防渗墙、地下水排出系统和水泵强排系统，最大限度地减少了上游鱼塘对变电站填方区稳定性的影响。500 kV联合构架采用旋挖成孔灌注桩处理地基，为变电站的安全运行打下了坚实基础。

本站地形复杂，但经过精心设计，目前已顺利投产两年。经过监测，填方边坡和填方区地基变形均满足规范要求。复合防渗墙、地下水排出系统达到了预期效果。