地下水與變電站建設的研究

蔡立川（四川錦能電力設計有限公司，四川　成都　610000）

地下水與變電站建設的研究

蔡立川
（四川錦能電力設計有限公司，四川成都610000）

在變電站的選址設計和建設中，必須做好水文地質的勘測。而地下水的埋藏條件，更是評價水文地質條件的重要依據，必須通過詳細觀察地下水位、采取水樣進行水質分析，以及進行抽水試驗等等，詳細了解地下水的動態規律和變化趨勢，并以此提出相應的防治措施與建議。本文結合實際工作經驗，從地下水對變電站建設的影響出發，并就相應的防治水策略進行了分析與探討。

地下水；變電站；建設；設計

影響變電站選址設計和正常建設生產的水文地質因素，主要包括了地下水水位、地下水水量以及地下水酸堿度這三個因素。其中，地下水水位的變化及動態規律，將可能對變電站建筑物及構筑物的結構及性能造成影響；而地下水水量、水質，則決定了變電站建設和日常生產中水源的補給和取水方式；地下水的酸堿度或各類離子含量，則會直接影響到變電站建筑物及構筑物的鋼筋、混凝土、線纜等的耐久性，當其腐蝕性過高時必須采取相應的防腐蝕方案。

表1　各類井點降水法的適用范圍表

一、地下水水位對變電站建設的影響及防治策略

1地下水水位對變電站基礎抗拔力的影響

變電站構支架基礎，在設計過程中應當驗算其抗拔系數，當建筑基礎處于地下水水位以下時，必須考慮到浮力的影響。本文以某變電站基礎設計為例，分析地下水水位對變電站基礎抗拔力的具體影響。某構架基礎采用了鋼筋混凝土結構階梯式基礎，其底板平面尺寸和第一階梯的平面尺寸分別為2×2m和 1×1m，每一級的階梯高度為0.5m，基礎埋深為2.5m。構架基礎抗拔穩定條件為：

在上式（1）中，T是指構架基礎的上拔力；G和G0則分別是指基礎的自重以及基礎底板上的土重；KG則是指短期荷載作用下，所驗算得出的基礎的抗拔穩定系數，取值為1.0。當不考慮地下水位時，基礎極限抗拔力Tmax=（G+G0）×0.9為171kN；而當地下水位在0m標高時，計算出該基礎的極限抗拔力Tmax的值為94.5kN。前后的比值94.5/171=0.55，由此可以看出地下水水位的變化，對變電站基礎的抗拔有較大的影響，其抗拔力下降了約45%，因此在變電站設計時，構架或存在傾覆條件的支架基礎必須考慮到地下水水位的變化。

2地下水對變電站內基礎建設的影響

變電站在設計選址時，一般不宜選址在軟土地基上，因為其存在含水量豐富、承載力低以及壓縮量較高等問題，也容易發生不均勻沉降或基坑坍塌等現象，影響到變電站的建設和正常運行。部分地區選址困難，不可避免軟土地基時，就必須考慮到地下水水位的變化影響，并采取有效的排水加固措施，以保證變電站的正常施工建設。

目前，變電站建設中較為常見的軟土地基的處理技術有：固化劑法、深層攪拌法、真空預壓法、土工合成材料法、振沖碎石樁法、灰土擠密樁法等等，以上方法都可以起到降低地下水位，提高變電站地基土強度的目的。以真空預壓法為例，該方法是在需要加固的軟土地基中內部設置塑料排水板，然后在外層設置砂墊層和吸水管道，并利用真空裝置進行抽氣，使地基內外層產生氣壓差，從而進行排水、排氣。真空預壓法的特點是施工工藝及施工設備均較為簡單，可以大面積的施工建設，且施工時間較短。

灰土擠密樁法，可在地基中成孔并分層填入灰土進行夯實。這種方法可以得到柔性樁復合地基，并適用于濕陷性黃土、雜填土、素填土等地基的地下水排除和加固，其處理深度通常在5m～15m左右。灰土擠密樁法的特點是施工簡便，且不需要開挖和回填施工，其填料多就地取材，施工造價也較低。

3地下水對變電站基坑建設的影響

在變電站基礎施工建設過程中，當基坑內外的地下水位差較大時，就容易出現潛蝕、流砂、管涌、滲透等破壞現象，從而導致基坑邊坡失穩，并對變電站建筑物結構及施工安全造成影響。為此，在變電站基坑開挖施工中，還必須采取切實可行的治水方案，以有效保證工程建設質量與施工安全。目前，為盡量降低地下水水位對變電站基坑建設的影響，主要從兩方面進行，一方面是做好地下水的堵截，另一方面則是盡量降低地下水位。

（1）地下水堵截方案

按當前的技術與工藝條件，可用于變電站建設中地下水堵截的技術方案主要有：地下連續墻、夾心墻、防滲帷幕、鋼板樁、凍結法等等。其中，地下連續墻以鋼筋混凝土作為基坑的支護結構，它既可以承受較大的側土壓力，又可以有效防止地下水的入侵，對于滲透性較小和較軟弱的地質土層，有較好的止水效果；而夾心墻則是在基坑的稀漿槽中再挖設一條溝槽，然后再向槽內灌注混凝土，形成的防滲擋土墻，夾心墻技術既可以起到對地下水的堵截作用，又能對基坑邊坡起到一定的支護作用，但施工造價偏高；防滲帷幕，則主要是在基坑四周或者底部，采用高壓噴射注漿、深層攪拌等施工方法，在基坑四周或底部形成連續的墻幕，防滲阻水，這些方案可根據水量、水壓、地質條件、工藝靈活選用，技術條件特別復雜時需進行專項試驗。

（2）基坑降水方案

當地下水位高出基坑的底面時，則應當對基坑采用降水措施。較為常用的基坑降水方案，主要有明溝排水方案和井點降水方案這兩種。

①明溝排水方案

這種降水方案是在基坑內部或者外部，通過設置一定數量的排水溝和集水井，然后再采用抽水設備將地下水從集水井中抽走的技術方法。明溝排水方案的特點是施工簡便、設備簡單且成本較低。

②井點排水方案

井點排水方案則是在基坑的周圍，埋深一定數量能夠滲水的井點管，然后通過配備一定的抽水設備，將地下水能連續不斷地抽走，以保持基坑四周地下水位始終低于基底深度。該方案不僅有利于機械化施工，而且能適用于不同幾何形狀的基坑。目前在變電站建設施工中，較為常用的井點降水法主要有：輕型井點法、噴射井點法、電滲井點法、管井井點法等，各類井點法的適用范圍，詳見表1。在實際建設施工中，應根據基坑土層巖性、滲透性及工程特點進行合理的選用。

二、地下水水量及酸堿度對變電站建設的影響及防治策略

1地下水水量對變電站建設的影響地下水水量的補給條件與補給量直接決定變電站施工用水和日常生產、生活水源的補給和取水方式。因此，在變電站的選址設計階段，必須做好對地下水水量的地質探測工作，以確定地下水水量、水質，并對變電站選址地區的供水水源進行評價。

其中，地下水的水質的指標主要包括了渾濁度、大腸桿菌群數量、菌落群數、水質是否有氣味、水質微量元素含量等等，當地下水水質超標時，應采取一定的水質處理及凈化技術；根據地下水水量情況，確定變電站水源的補給方式、凈化工藝及取水地段。當地下水水源不能滿足變電站生活水質要求以及用水量要求時，則應當考慮引接自來水。

2地下水酸堿度對變電站建設的影響

根據地下水酸堿度，通常分為強酸水（pH＜5）、中性水（pH=5～7）、弱堿性水（pH=7～9）以及強堿性水（pH＞9）這四類。地下水不同的酸堿度對變電站建筑、構筑物基礎的混凝土與鋼筋腐蝕程度也不同，應進行詳盡的檢測。

當地下水酸堿度為強酸性水（pH＜5）或者強堿性水（pH＞9）時，需正確確定建筑的環境類型，應加強混凝土及鋼筋的保護，在施工建設中應盡量采取抗酸性腐蝕性較強的水泥品種，例如粉煤灰水泥、礦渣水泥等等；在鋼筋混凝土設計中，應適當的加強鋼筋的保護層厚度；在鋼筋混凝土結構的地下變電站、電纜遂道等的混凝土表面進行防水處理，增強地下建筑物抗滲及防腐蝕的能力。而當地下水酸堿度為弱堿性水（pH=7～9）時，適當加強鋼筋的保護層厚度，以避免鹽對鋼筋的腐蝕。

結語

本文從地下水水位、地下水水量以及地下水酸堿度這三個角度出發，分析和研究了地下水對變電站選址設計以及施工建設中的影響，并提出了相應的防治措施。綜上所述，地下水對變電站的正常施工建設有著較大的影響，必須加強對站址水文地質的勘探工作，通過做好對地下水分布情況、水位變化情況、水量水質以及酸堿度等情況的詳細分析與了解，以便在施工建設中能采取相應的防治措施，盡可能的避免因地下水對變電站的正常施工建設及運行帶來影響。

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