某500kV變電站工程軟基處理方法淺析

□張曄楠

浙江沿海地區以軟土地基為主，在軟土地基上建設電力工程，對基礎沉降特別是不均勻沉降要求很高。基礎的一點點小的不均勻沉降，都會導致電力設備歪斜，不能正常工作，甚至拉斷電纜，造成大面積停電。浙江是經濟強省，電力需求旺盛，很多電力工程的施工周期越來越短，而電力工程又必須嚴格控制地基沉降，這就對基礎處理提出了很高的要求，本文以某500kV變電站工程為例，分析探討在滿足強度要求的前提下，如何縮短工期并避免差異沉降。

1.工程概況

1.1 建設周期短

某500kV變電站工程位于浙江東部地區沿海某島，為滿足其本島負荷建設，以改善此島220kV電網結構，提高電網可靠性。另外，在該島上已經建設完成1座大型火力發電站，考慮此電廠二期2×1000MVA機組配套輸出，希望盡快完成電廠的輸配電設施，減輕東部的用電負荷，因此該500kV變電站關系著該發電廠電能能否盡快輸出，時間和任務相當緊迫。2007年9月該工程選址，2008年4月打樁施工，2009年5月底建成投產，工程建設周期僅1a多（500kV變電站的建設周期一般為3a）。

1.2 工程地質情況復雜

某500kV變電站站址區場地原為灘涂圍填塘，站址淺部地基土由人工回填土及淤泥組成。其巖土工程性質很差，具有淤泥深厚、軟弱、欠固結、高壓縮性、承載力低等特性。淤泥飽和、流塑、分布穩定，厚30m左右。

1.2 .1回填土深厚

站址場地原為灘涂圍填塘，在變電站建設前已于2005年由周邊已建成的某電廠大部分回填，厚0.9～4.0m，變電廠建設時，僅主控通信聯合樓部位仍為圍填塘。根據地質報告，(0)層雜填土表面已硬化，為0.10～0.15m 厚混凝土澆筑層，下部主要為以漂石、塊石為骨架，中間填充碎石、角礫及少量黏性土，塊石直徑一般約0.5～1.0m，最大徑約1.2m左右。站址場地內自然標高為3.15m～3.60m，站址百年一遇最高內澇水位為3.60m，考慮與電廠北側現有道路引接，站址場地平均設計標高為4.00m，場地在電廠建設時平均回填2.8m，變電站建成后回填0.7m，回填土厚度共計3.5m。電廠建設時回填的雜填土松散且深厚，給變電站的地基處理帶來難度。

1.2 .2未進行處理時場地沉降情況

考慮整個場地情況，回填土厚度按3.5m計，前期2.8m回填土在施工進場前就已經回填，該部分回填土的密實度直接影響場地的沉降量。在大面積回填土作用下，下臥軟土層產生固結沉降，場地沉降按太沙基一維固結理論計算，單面排水。計算主要參數見表1。后固結度達到60%左右，固結變形沉降量為937mm，50a內各年理論計算沉降量和沉降曲線見表2和圖1。

表2 場地沉降量一覽表

圖1 場地沉降曲線

2.地基處理方案

表1 計算主要參數表

在假定回填土回填密實不產生壓縮變形的前提下，場地自然固結，經計算最終固結變形沉降量為1470mm。50a

2.1 軟基處理方法

目前處理軟土地基的主要方法有真空預壓排水固結法、預應力混凝土管樁法，如果淤泥厚度不大，還可以采用挖除淤泥或者換土置換法進行處理。

2.2 地基處理方案確定

根據本工程實際情況，在可行性研究階段，考慮場地地質條件復雜，推薦

用真空預壓排水固結法加預應力混凝土管樁的地基處理方案。先破碎和挖掘清除表部雜填土，然后搭設塑料排水板，再埋設濾水管道和密封膜。該施工過程約需工期1.5個月，另真空預壓過程約需3個月。通過場地預處理，淤泥質軟土固結速度明顯加快，含水量下降，承載力和抗剪強度提高，可直接作為圍墻、站內道路、設備支架、電纜溝及其他一般建筑構筑物基礎的持力層。對荷載較重及沉降要求較高的主控通信聯合樓、主變基礎、GIS和HGIS基礎等主要建（構）筑物仍需采用預應力管樁PC500（100）進行地基處理，管樁打設施工周期仍需1.5個月，總的施工周期約6個月，施工周期較長，工程建設進度較難保證。

在施工圖設計階段，對“真空預壓地基加管樁”和“預應力管樁”兩種地基處理方案進行了技術經濟比較。預應力管樁方案對主要建（構）筑物以預應力混凝土管樁處理，對次要構筑物以控制沉降為主，采用PC管樁、PTC薄壁管樁進行疏樁處理，施工周期約3個月。該方案能有效處理和控制變電站內建（構）筑物的沉降問題，滿足變電站的實際使用功能，但投資相對較高，站區未經處理的場地沉降較大。考慮到該方案施工周期較短，且較易掌握工程時間并能控制場地沉降，變電站主要建（構）筑物地基處理方案最后明確采用預應力混凝土管樁方案處理。

2.3 樁基處理設計思路及原則

在確定整個變電站場地采用預應力混凝土管樁處理方案后，根據場地中各種不同建（構）筑物的荷載和使用功能，確定了樁基處理的具體方案：變電站主控通信聯合樓、500kV構架、220kV構架、主變構架及防火墻、主變母線構架、500kVHGIS及220kVGIS基礎等主要建（構）筑物基礎荷載大，沉降要求高，設計采用預應力混凝土管樁處理，樁長45m和36m。對設備支架基礎采用PC管樁處理，以控制沉降為主，樁長12m。對電纜溝、圍墻、主變油坑次要構筑物采用PC管樁、PTC薄壁管樁進行疏樁處理，以控制沉降為主，樁長12m。道路采用樁托板，管樁頂設置1.0m×1.0m×0.3m鋼筋混凝土樁帽，上部鋪設碎石層及土拱格柵等水平加筋體，形成土拱效應，減少道路沉降。電纜溝采用鋼筋混凝土結構，利用電纜溝側壁作為深梁，增加整體性能，控制沉降。

2.4 未處理場地地基處理防范措施

一是主要建筑物地面均采用架空鋼筋混凝土樓板，防止地面沉降開裂。二是場地設備支架設置電纜檢查井，避免場地沉降過大引起的電纜拉緊。三是入口處臺階采用鋼筋混凝土結構，并打樁，散水采用鋼筋混凝土挑板的做法，避免了開裂和沉降。四是場地主要雨水管網布置在道路下的托板樁上，減少因沉降引起的管道剪切破壞。五是主控通信聯合樓站前區為避免與站內道路產生過大的沉降差，也采取了與道路相同的托板樁設計。六是站區道路路面在過道路電纜隧道、水工管道上方及雨水檢查井周圍1.0m范圍內設置鋼筋網。七是GIS場地和場地電纜溝之間、主控通信聯合樓室內外電纜溝之間設置沉降伸縮縫。八是電纜溝在伸縮縫處的接地扁鋼連接采用軟導體連接，避免拉裂。九是主變油坑采用PC-A400(75)處理，樁長 12m，油坑底板和側壁均采用鋼筋混凝土結構，避免過大沉降。

3.工程運行中存在的問題、原因分析及處理對策

在變電站投產10個月后，變電站內主要建（構）筑物沉降穩定，能滿足生產工藝的要求。但仍存在一些問題，主要是35kV避雷器頂部端子拉斷，電壓互感器頂部導線存在拉緊的現象。

站內主變場地自然標高約為3.14~3.61m左右，站址場地設計標高4.00m。根據地質資料，2#主變場地在電廠建設時回填約為2.8m，變電站建成后又回填0.7m，回填厚度共計3.5m左右，1#主變部分回填土厚度相對較小，在2.8m左右。

主變場地填土分兩次回填考慮，第一次考慮2005年電廠建設時，已有回填土約2.8m，填土荷載為56kN/m2,第二次回填在2008年，壓實厚度在0.7m，填土荷載為14kN/m2。管母構架承臺單樁樁長36m，打入粉質黏土層，樁頂荷載45kN；設備支架承臺單樁樁長12m，打入淤泥層，樁頂荷載76kN；兩種樁均為摩擦型樁。

在大面積填土荷載和自身樁頂荷載作用下，地基土產生大范圍固結沉降，管母和設備支架由于兩種承臺不同樁長的影響產生了不均勻沉降。在場地大面積堆載10個月后，經理論計算，35kV管母和設備支架承臺之間最大沉降差4cm。20a后35kV管母和設備支架承臺之間最大沉降差20cm，設備支架承臺的最終沉降為 38cm，沉降差為 18cm；50a后35kV管母和設備支架承臺之間最大沉降差28cm，設備支架承臺的最終沉降為61cm，沉降差為33cm。考慮施工期間場地土擾動等因素，實際兩者之間的沉降差數據可能更大。

分析本工程中產生的35kV避雷器頂部端子拉斷，電壓互感器頂部導線存在拉緊的現象。單就管母構架而言，由于其荷載較大，故樁基處理時，設計樁長較長（36m），這樣才能滿足管母構架的承載力和沉降要求；而單個設備支架荷載較小，在地基處理時，只需較短的樁長（12m）就能滿足單個設備支架荷載的要求。變電站建成投產10個月，通過現場觀測，35kV管母構架和設備支架承臺產生了不均勻沉降。發現問題后，經理論計算，35kV管母構架和設備支架承臺之間最大沉降差為4cm；隨著時間的增長，20a后35kV管母構架承臺的沉降為20cm，設備支架的沉降為38cm，沉降差為 18cm；50a后，兩者之間的沉降差為33cm；若考慮施工期間場地土擾動等因素，實際兩者之間的最終沉降差可能更大。通過這個工程也可以看出，變電站中的設備不是獨立存在的，設備支架上的設備是與管母支架相連的，形成一個完整的電力網絡系統，差異沉降，就會使相鄰設備之間導線拉緊甚至拉斷，從而造成事故。變電站中的所有設備是一個整體，設計時不僅要滿足單獨設備的承載力和沉降要求，還要從整體考慮各設備之間的不均勻沉降和沉降差，嚴格控制差異沉降。

4.結語

第一，類似該變電站這樣，地質條件特別復雜的工程，建議應有一個合理的設計施工周期，畢竟任何地基處理措施都需要一個固有的周期，單一追求工期是不行的，同時要采取更能全面處理地基的加固方案。第二，類似變電站這種工程，整體性要求非常高，沉降差控制比較嚴格，場地內建（構）筑物在采用長短樁處理時，應引起足夠的重視，注意相近設備之間的沉降差，控制沉降差在電氣設備和導線允許范圍內。第三，對于沿海軟土地基，要加強全站的沉降監測，保證測量數據的一致連貫性，從而為校核設計提供充分的依據。□