惠州某220 kV變電站復雜邊坡設計與分析

侯光榮

（佛山電力設計院有限公司 廣東佛山528200）

1 工程概述

惠州某220 kV 變電站經過多站址比選并征求城市規劃部門的意見后，最終選址于惠州市河南岸鎮。場地地貌由丘間溝谷及較陡山地組成，北面原為楊洞坑水庫，現已廢棄為魚塘，西南面為平地，東面地勢較高，站址內相對高差約65.30 m，變電站內地形起伏很大。為了減少挖填方工程量和高邊坡的治理工程量，經過常規方案、戶外GIS 方案、戶內GIS 方案的綜合經濟比較，戶內GIS方案是比較經濟的。

為了使戶內GIS 布置方案各項指標更優，論證了不同場地設計標高，不同出線方向，不同進站道路入口及其各種組合后，認為配電裝置樓平行于規劃道路布置，變壓器靠規劃道路一側布置，電纜均在遠離規劃道路一側出站，且全站場地設計標高為41 m高程的情況下，本變電站各項指標最優，變電站總平面布置如圖1所示。

在總平面布置確定后，變電站挖方邊坡高度達38 m，填方邊坡厚度達22 m，均超出了《建筑邊坡工程技術規范：GB 50330-2013》［1］的適用范圍，所以魚塘淤泥的處理、超高邊坡設計、深厚填土地基處理是本工程設計面臨的難題，下面按照施工的先后順序對主要難題進行分析論證。

圖1 總平面布置Fig.1 General Layout

2 魚塘淤泥的處理

變電站北面為廢棄的楊洞坑水庫，現為魚塘，根據補充鉆探的結果，魚塘水面底下，第1 層為1.2 m 厚素填土，第2 層為1.1～3.2 m 厚的粉質粘土，第3 層為3.0 m厚的淤泥質土，淤泥質土的標貫擊數為2擊，第4層為強風化粉砂巖。淤泥的具體分布范圍如圖2所示。

魚塘中淤泥位于填方邊坡的坡腳，如果不處理淤泥，則隨著填土的加厚，淤泥會逐漸固結而發生沉降，會導致邊坡下沉坡面開裂，甚至導致滑坡，為保證邊坡和變電站的安全，淤泥必須處理。

圖2 淤泥分布范圍Fig.2 Distribution of Silt

淤泥處理一般可以利用水泥攪拌樁、碎石樁、高壓旋噴樁等增強體形成復合地基［2，3］，也可以挖出淤泥換填碎石等材料，也可以采用拋填塊石強夯置換法處理［4-6］，考慮到本站的魚塘地勢很低，淤泥的面積相對較小，同時本站要用強夯法處理填土，施工設備可以共用，所以決定采用拋填塊石強夯置換法處理淤泥。

具體施工過程如下：

⑴沿征地線外側填筑施工圍堰，抽干圍堰內水。

⑵在圍堰與山體圍成的閉合范圍內，滿鋪1.5 m厚的級配塊石。

⑶用能量3 000 kN·m、直徑2.4 m 的夯錘，間隔7 m 等邊三角形布點施工，形成2.8 m 直徑的置換墩，墩身長約5～8 m，須穿透素填土、粉質粘土、淤泥層達到強風化粉砂巖層。

⑷施工的順序是先內后外，要求累計夯沉量達到設計墩長的1.5～2.0倍，且最后2擊的平均夯沉量不大于50 mm。

⑸繼續在前面已經形成的置換墩中間位置用同樣的方法施工，形成全部置換墩。

⑹然后推平場地，再用1 000 kN·m的能量滿夯。

⑺最后表面分層碾壓鋪填600 mm 的碎石墊層完成施工。

⑻用標貫和靜載進行復合地基檢驗，要求復合地基承載力達到180 kPa。

⑼復合地基檢驗合格后方可進行上部填土施工。

3 填方邊坡設計

變電站北面魚塘中的軟基已經采用強夯置換法處理并檢驗合格。變電站站內設計標高到魚塘底最大高差為22 m，填方邊坡安全等級為二級。

⑴根據規范和其他工程經驗，初步確定邊坡坡比為1∶1.75，第一、二級（自上而下）坡高為8 m，坡面采用漿砌石網格植草護坡。第三級坡高為6 m，坡面滿鋪400 mm 漿砌石護坡。第一、二級邊坡之間設3.0 m寬的馬道，第二、三級邊坡之間設2.5 m 寬馬道，邊坡斷面如圖3所示。

圖3 填方邊坡斷面Fig.3 Section of Fill Slope

⑵第三級坡體下半部位于魚塘中，參考水利工程中土壩排水棱體的做法［7］，將第三級坡體全部用級配碎石填筑，要求壓實系數不小于0.94。設置排水棱體的好處是魚塘水位漲落都不會破壞邊坡坡腳；另一個作用是填方邊坡中下滲的雨水可以及時排出，不影響邊坡的穩定性；排水棱體也可以起到過濾作用，防止填方邊坡中細顆粒土的流失，可以更好的保證邊坡的長期穩定。

⑶設計時填方邊坡未施工，不可能知道填土的力學參數c和φ值，只能根據填土的組成和填土處理的方法，參考其它工程經驗，初步擬定c=16 kPa、φ=19°，然后利用理正軟件和GeoStudio 軟件分別進行邊坡穩定性計算，邊坡穩定安全系數K分別為1.323和1.307，均滿足規范要求。

4 填方邊坡穩定性驗證

為了保證邊坡的穩定和滿足坡頂建筑物的承載力和沉降要求，填土的地基處理采用分層填土碾壓及分層強夯的地基處理方法［8］。

填土必須按虛鋪500 mm 一層分層碾壓施工，邊坡部分的壓實系數不小于0.94，其他部分不小于0.92，要逐層檢驗壓實系數，滿足要求后方可繼續上部填土。

本站填土邊坡深度為22 m，按照從下往上的順序，并結合邊坡分級的高度，當填土厚度分別達到6 m、10 m、14 m、18 m、22 m時采用2 000 kN·m的能量進行強夯。

每層強夯結束后，間隔10 d再進行地基承載力檢驗，要求處理后填土的承載力特征值達到180 kPa，同時為了驗證填方邊坡的穩定性，需采用現場直剪試驗測定填土的實際c和φ值。

根據現場檢驗報告［9］，填土承載力均達到180 kPa，滿足設計要求。四組現場直剪試驗測定值的平均值分別為c=18 kPa、φ=31°，再利用理正軟件和GeoStu?dio 軟件分別進行邊坡穩定性復核計算，邊坡穩定系數K分別1.45 和1.38，均達到了一級邊坡規范要求的安全系數。

5 挖方邊坡的設計

本變電站最大挖方邊坡高度38 m，自上而下土層構成為粉質粘土、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖，根據巖土勘察報告，該邊坡中不存在軟弱夾層，不存在順層滑坡可能，粉質粘土的c=22 kPa、φ=28°，強風化粉砂巖的c=25 kPa、φ=35°，中風化粉砂巖的c=300 kPa、φ=35°。

參照規范和其他工程經驗［10］，并確保邊坡用地不超征地線的前提下，初步擬定邊坡坡比為1∶1.25，第一、二、三級（自下而上）坡高為10 m，第四級坡高為8 m。每級邊坡之間設2.5 m 寬的馬道（見圖4）。邊坡安全等級為一級。

由于坡體土質構成比較好，先不設錨桿或錨索的情況下，利用理正軟件和GeoStudio 軟件分別進行邊坡穩定性計算，邊坡穩定安全系數K分別為1.21 和1.15，達不到一級邊坡規范要求的穩定系數。

再按2.5 m×2.5 m 間距在第一、二、三級坡體中增設φ28的鋼筋錨桿，第四級自然放坡。再利用理正軟件和GeoStudio軟件分別進行邊坡穩定性計算，通過反復調整錨桿長度，最終確定錨桿的長度有8 m、12 m、15 m三種，具體布置如圖4所示。邊坡最終的穩定安全系數K分別為1.45、1.38，均大于一級邊坡規范要求的安全系數。坡面采用鋼筋混凝土格構梁+生態袋護坡。

圖4 挖方邊坡斷面Fig.4 Section of Excavation Slope

6 邊坡監測

本變電站挖方邊坡高38 m，安全等級為一級，填方邊坡深度22 m，安全等級為二級，根據《建筑邊坡工程技術規范》的要求，均須進行邊坡水平位移、豎向位移、錨桿拉力等內容的監測工作。從施工開始到投產后2年，總共連續4年監測了相關內容，各項指標均滿足規范要求，所以本變電站高邊坡設計是成功的。

7 結論

本變電站站址地形高差大，地形構成元素復雜在電網工程建設中都是不多見的。為了經濟首先從變電站的布置形式進行大方案的比選論證，然后結合地形、電纜出線方向、站址標高等進行方案的再優化，最大限度的減少了高邊坡和地基處理的工程量。本站無論是挖方邊坡高度還是填方邊坡深度都超出了文獻［1］的適用范圍，經過精心設計，本變電站已經投產4年，經過對邊坡和地基變形的觀測，變形指標均滿足規范要求，保證了變電站的安全運行，特別是結合深厚填土的處理方法選用拋石強夯置換法處理魚塘淤泥，利用現場直剪試驗結果驗證了填土邊坡的安全度，是值得同行在類似工程中借鑒的。