變電站地基處理及基礎設計方法探索

呂軍在，張健，金國

（國網山東電力泰安供電公司，山東 泰安 271000）

變電站地基處理及基礎設計方法探索

呂軍在，張健，金國

（國網山東電力泰安供電公司，山東 泰安 271000）

地基基礎設計是變電站施工的關鍵環節。針對變電站的特點，文章分析探討了在不良地質條件、變電站改擴建以及排水防水問題下，變電站土建工程中地基的幾種處理技術，并分析了其適用范圍及特點。對變電站的基礎設計進行研究，探討地基基礎設計的方案，總結了一些行之有效的地基基礎的設計方法，為變電站設備的安全運行提供可靠保障。

變電站；土建；地基處理；基礎設計

1 概述

電力系統中，變電站是非常重要的組成部分之一，它的主要功能是實現電能的分配、調度以及傳輸控制等。它為國家經濟的發展以及人民的生活提供了有效的電力保障，同時也維護了電力系統的安全、穩定。因此，要確保變電站功能的實現，必須要建設高質量高水平的變電站。而變電站的設計和建設一旦出現問題，就會帶來設備得損壞甚至人員的傷亡等嚴重的后果。變電站土建工程主要為站內設備服務，土建工程質量的好壞與否將直接影響到變電站的安全運行。而地基和基礎是否穩固和牢靠是影響變電站建筑的安全性及站內設備穩定運行的關鍵。本文主要對變電站地基處理及基礎設計常見問題進行研究，探討變電站地基基礎設計的方法。

2 地基處理

2.1 變電站地基基礎處理的重要性

整個變電站土建工程具有多道工序，地基基礎處理是變電站施工的最重要的環節，它不僅是首要的施工工序，而且承擔著整個變電站施工的關鍵作用，決定著變電站的建筑及設備的安全和質量，在我國現階段的變電站施工過程中，由于工期、設計、人員、費用等諸多因素，變電站的地基基礎處理沒有得到設計人員足夠的重視，這也就導致了變電站在運行及改擴建過程中暴露了諸多的質量問題。因此，變電站工程的地基基礎處理具有非常重要的作用。

2.2 變電站地基基礎存在的問題

2.2.1 不良地基的問題

變電站在送變電工程中的作用是變換電壓，分配用電量。為了減少傳輸過程中的耗損，變電站應盡可能的靠近用電量多的地方，才能保證更有效率的用電，電壓才不會互相影響。而變電站站址的選擇就是根據輸變電系統的需要，在網絡中的某個區域布點。站址選擇時應嚴格遵循“變電站的建設應符合國家相關土地使用政策，盡量利用原有荒地、坡地、劣地，已有大型溶洞、泥石流、礦產、滑坡等地質災害的地段不得進行變電站的建設”和“站址的選擇還應根據電力系統的規劃設計網絡結構、城鄉規劃、征地拆遷、電力通道以及負荷分布等要求全面綜合考慮”的有關規定。而有時所選區域的變電站的站址的地形、地質條件往往不受人為因素影響，有時所選站區區域比較特殊，如地質條件差、地形起伏大，對變電站的建(構)筑物的建設條件不是很理想，應采取有效的措施，進行地基處理。

2.2.2 變電站改擴建的問題

變電站在改擴建過程中，一般情況下上部結構或者新上設備會導致荷載增大，且新設備的使用對變形的要求更加嚴格，而舊設備及基礎的拆除，極有可能擾動到地基內部的土層，這會進一步的減弱整個地基的承載能力，原本尚屬良好的地基,也極有可能在新的條件下不能滿足上部結構及設備的要求。這不僅僅會影響到整個變電站改擴建的工程質量，而且還可能會發生設備及人員的安全事故。

2.2.3 排水防水的問題

由于地下水的存在，地基基礎易出現地下積水問題，會對地基基礎造成極為嚴重的危害。如果不對地基進行必要的處理，地基的內部就會進水，進而導致地基的處理工作變得非常困難，對地基基礎的施工質量也必然會造成著重要的影響。所以，一定要做好地基的排水和防水措施，確保地基的基坑沒有積水，還要將地基表層部分的松軟土層清除干凈。

3 基礎的設計方法

3.1 設計要求

地基基礎的設計必須由設計單位來提出具體的要求，同時需要對現場的地質報告進行分析論證，不能盲目的套用圖紙。如果地基存在問題，必須對地基進行加固處理，防止地基發生變形，影響施工的正常進行以及后續建筑物及設備的正常使用。并且不允許用大型基礎斷面承受地基上部的結構受到的荷載，因為無論基礎斷面多大，它與上部結構相比，基礎都是比較柔軟的一方。因此，我們在進行基礎設計時應使地基處理與基礎選型相結合，充分考慮實際情況。

3.2 地基選型

由于變電站屬于特殊的建（構）筑物，對變電站中的建筑物、設備及及支架按照其特點和功能采用不同的基礎形式進行設計，此外，必須考慮施工現場及材料供應的情況，而且還要考慮其所能承受的荷載和抗震性等。在設計時，要保證基礎的形式與上部結構及設備相協調，使得建筑和設備能充分發揮作用，實現其功能。

3.2.1 建筑物基礎

配電樓系統的主體結構型式必須所在地形及總平面布置，同時還要便于電氣設備的運輸和安裝，方便電氣設備之間的聯接和電纜的敷設，方便變電站的運行管理，同時能夠有效的利用空間?，F階段，配電樓的平面布置大體上遵循“一”字型組合，多層布置，一般為兩層到三層布置，帶半層地下室。配電樓內有數個平面單元，層數及高度不一，體量大小也不盡不同，它們之間的組合也比較復雜。通常情況下，地下半層多為電纜夾層，以電纜溝或電纜隧道向外延伸的一層為主變壓器室、配電裝置室、電容器室、輔助用房及檢修工具間等，當然主變壓器室也有室外的，二層布置接地變室、繼電器室、斷路器室等，形成多功能的多層綜合配電樓。正是變電站配電樓內這種電氣設備布置的特殊性，其對配電樓的基礎設計就提出了更為嚴格的要求。

在對綜合配電樓進行基礎形式的選擇時，要考慮是否存在電纜夾層。獨立基礎、條形基礎和筏板式基礎是綜合配電樓常用的基礎形式。在施工過程中，當基坑開挖至設計標高時，對基底土質嚴格進行釬探試驗，當試驗結果表明地基承載力滿足設計要求時，進入下一道工序。若實驗結果不滿足設計要求時，必須對基礎地基采取加固措施，采用碾壓及夯實重錘夯實、換土墊層中的砂石墊層法以及置換及拌入中的高壓噴射注漿法等?；A形式的選用需與地基處理結合考慮。

3.2.2 變壓器及其支架基礎

變壓器、構支架基礎都屬于獨立基礎，在滿足地基穩定以及變形的前提下，基礎盡量淺埋，且滿足最小埋深0.5m的規范要求，基礎底面應深入持力層，基礎頂面高出室外地面部分尚應符合電氣設備的要求。當設備基礎處于易風化的巖層上，在基坑開挖后，應馬上鋪筑墊層；當下層的地基承載力低于上層時，基礎應盡可能淺埋，充分的利用上部土層作為持力層；當上層和下層屬于優質土層，而中間夾雜軟弱土層的地基時，應根據軟弱土層的相應厚度和荷載的大小來判定基礎的埋置深度。當荷載較小、上部優質土層相對較厚時，應盡可能把持力層放在上部較好的土層；若有較薄且不均勻的軟弱土層時，可對軟弱地基進行局部處理，當荷載較大，而存在較厚的軟弱土層時，可充分利用樁基礎的方法，充分利用下部優質土層作為持力層。若變壓器基礎需要加固，且其處于工作當中，不能停止運行，又由于變壓器基礎施工場地小，施工時要求振動小，且不會對既有基礎的穩定以及土層的液化帶來危害，故可采用樹根樁進行基礎加固。

3.2.3 圍墻基礎

圍墻分布在變電站的四周，若圍墻基礎出現問題，可嘗試采用表1-1中的砂石墊層的方法，圍墻本身自重小，且上部不承受荷載，可采取砂石墊層的頂部和底部相同寬度，砂石墊層的寬度可沿基礎的兩邊各放出20mm的做法，既能滿足地基土應力擴散的要求，也比較經濟。砂墊層厚度一般為1～2m，如果厚度小于0.5m，墊層作用不明顯，墊層過厚，不經濟。為防止圍墻出現不均勻沉降，提高其整體性，可在基礎頂端設置一道鋼筋混凝土地圈梁，地圈梁寬度同圍墻寬度，高200mm即可。

4 工程實例

4.1 地質條件

以110kV米山變電站工程為例，由山東中煤物探測量總公司提供的站址地址條件如下。

第一層回填土：紅褐色，松散，干-稍濕，主要由粉質粘土混砂組成，含植物根須。場區普遍分布，厚度：0.90～1.50m，平均1.07m；層底埋深：0.90～1.50m，平均1.07m。

第二層粉質粘土：褐色，軟～可塑，干強度低～中等，韌性低～中等，稍光滑，局部混砂或含砂、粉土團塊，場區普遍分布，厚度：3.40～4.30m，平均3.97m；層底埋深：4.50～5.30m，平均5.03m。

第三層粉質粘土：紅褐色，硬～可塑，干強度中等～高，韌性中等～高，稍光滑，含鐵錳結核顆粒。該土層為穿透。

4.2 巖土工程性質評價

第一層回填土，松散，均勻性差，力學強度低，不易利用。

第二層粉質粘土，普通分布，屬于中等壓縮性土，經處理后可以利用。

第三層粉質粘土，分布普遍，屬于中等壓縮性土，良好基礎持力層，是高層建筑良好的基礎持力層或者下臥層。

根據標準貫入試驗，結合當地建筑經驗，確定巖土土層承載力特征值指標見下表。

各層地基土承載力特征值 表1

4.3 基礎設計分析

在滿足地基穩定和變形要求得前提下，基礎應可能淺埋，并且滿足規范規定基礎最小埋深0.5m的要求，基礎底面應該深入持力層150mm，基礎頂面高出室外底面的部分也應符合電氣專業的要求。

地基土的工程性質一般，地基強度一般，且黃土狀土遇水具有濕陷性。因此，對荷重較輕、對濕陷性不敏感的小型設備基礎，可選擇上述地層作為其天然地基持力層，對于重要擬建建（構）筑物需采用人工地基。本工程配電樓基礎持力層選用第二層，將第一層回填土清除，綜合考慮地基及地下電纜層，采用筏板基礎。

根據場地工程地質條件和當地建筑經驗，地基處理方案可采用強夯法或換土墊層進行地基處理，以提高地基土的承載能力。本工程采用換土墊層進行地基處理，基礎設計標高下部1m范圍內采用3:7的砂石墊層分層夯實回填至設計標高處，每邊大出基礎1m，同時做好基槽防坡護坡的工作?？紤]變壓器設備位置下的持力層粉質粘土承載力特征值較低，而變壓器設備自重相對較大，為避免出現設備的不均勻沉降，影響變壓器的安全和使用，需要對變壓器設備的基礎頂板和地板進行加強，采用雙層雙向配筋，并采用拉結鋼筋對上下兩層鋼筋進行固定。

圍墻處于挖填土的邊緣，挖土區周圍的地基問題不大，可采用條形基礎，采用Mu30毛石，M7.5水泥砂漿砌筑，基礎須坐落于墊層上，否則用Mu30毛石，M7.5水泥砂漿自持力層砌至基底。

5 結束語

通過上述本文的分析和探討，我們對變電站地基基礎中存在的問題以及地基基礎設計進行了詳盡的研究。因此，在變電站的實際建設中，在確定基礎設計方案和地基處理方案時，應根據不同工程的實際情況，應以地質條件、處理的指標和范圍、設計要求、工程進度、工程費用、材料來源、當地環境各個方面進行綜合考慮、研究，科學的進行地基基礎的設計。同時，在地基基礎設計中不僅要了解施工的方法，還必須了解所采用方案的原理、技術指標以及質量的要求，提高地基基礎設計的質量，切實有效的保證變電站工程的質量，保證電氣設備的正常運行。

[1]周祖訓.談變電站土建工程的基礎處理[J].工程建設與設計，2004 (8)：48-49.

[2]楊寶紅，周煒.地基基礎施工技術與加固技術探討[J].施工技術，2016(2)：138-159.

[3]馮國棟.土力學[M].北京：水利電力出版社，1986.

[4]周漢榮.土力學地基與基礎[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[5]白曉紅.基礎工程設計原理[M].北京：科學出版社，2005.

[6]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[7]方玉樹.地基基礎設計等級若干問題探討 [J].建筑結構學報，2014,35(7)：153-158.

[8]劉進波.巖土工程勘察與地基設計中存在的問題與對策[J].科技創新導報，2011,(23)：94-95.

[9]滕延京，李建民，李榮年.建筑地基基礎耐久性設計的新理念[J].建筑科學，2012(28)：1-15.

[10]李保山，溫雷雷.某變電站場地工程地質條件及基礎方案選型研究[J].動力與電氣工程，2011,35(7)：153-158.

[11]高大釗，等.確定地基承載力方法若干問題的討論[J].工程勘察，2004(3)：3-8.

[12]周斌.樹根樁在運行變壓器基礎加固中的運用 [J].湖北電力，2005,29(2)：49-58.

TU472

B

1007-7359（2016）06-0085-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.033

呂軍在（1989-），男，碩士，主要從事變電站設計及土建研究方面的工作。