珠三角地区变电站工程软土地基处理方法分析

作者简介：罗业雄（1984-），男，湖南娄底人，工程师，国家一级注册结构工程师，从事建筑结构设计与研究E-mail:[e-mail]1珠三角地区变电站工程软土地基处理方法分析AnalysisaboutSoftSoilGroundTreatmentofSubstationProjectinthePearlRiverDelta罗业雄（广东省输变电工程公司，广东广州510160）LUOYexiong(GuangdongElectricPowerTransmissionandSubstationEngineeringCompany,Guangzhou,Guangdong510160,China)摘要：本文针对珠三角地区变电站工程的工程特点，根据作者的工程实践经验，提出了针对不同地质情况，场地条件，建设工期等情况下的软基处理方法，对各种地基处理方法在变电站工程中的实用范围及特点进行了分析，提供给设计人员参考。关键词：珠三角地区；变电站工程；软土地基；地基处理Abstract:Inthepaper,accordingtothecharacteristicsofSubstationProjectinthePearlRiverDeltaandtheauthor'sexperienceinengineeringpractice,madeofsoftsoilgroundtreatmentmethodsfordifferentgeologicalconditions,siteconditions,constructionperiodandotherconditions,avarietyofgroundtreatmentmethodsforpracticalscopeandcharacteristicsofSubstationProjectwereanalyzed,availabletodesigners.Keywords:PearlRiverDelta;SubstationProject;oftsoilground;groundtreatment中图文分类号：0引言珠三角地区软土主要由西江、北江、东江在珠江口受内海岸浪流及潮汐水动力作用逐渐淤积而成，属于第四纪沉积物，厚度约为10米，土层多为含水丰富的淤泥、淤泥质粘土及粉细砂[1]。具有高含水量、高压缩性、渗透性低、抗剪强度低、显著的灵敏性与流变性等特点，软土地基的性质因地而异，因层而异，不可预见性大，给工程设计与施工带来了很大的困难。珠三角地区由于经济的高速发展，用地越来越紧张，变电站站址选择余地越来越少，软土地基的变电站越来越多，地基不均匀沉降问题越来越突出。对珠三角软土地区的变电站进行调查，早期变电站90%以上没有对软基进行处理，只有主要建筑物及构支架采用桩基础，导致变电站部分设备基础、场地电缆沟及站区构筑物沉降严重，例如顺德某220kV变电站场地电缆沟沉降量达到0.5米，消防水池沉降量达到1.0米；深圳某110kV变电站由于配电装置室设备基础发生不均匀沉降需进行基础处理，给变电站的安全运营带来严重的威胁。因此，解决变电站软土地基沉降问题是设计单位重点研究的问题之一。1软基处理方法介绍传统的软土地基处理方法主要有：换土垫层法、强夯挤淤法、石灰桩法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、排水固结法等，其中排水固结又包括堆载预压法、超载预压法、真空预压法、真空联合堆载预压法、降低地下水位法、电渗法[2]。作为工程设计人员应根据工程的特点、地质情况与上部结构的荷载情况等因素确定合理的软基处理方法，保证工程的安全性与经济性。由于变电站电气设备对沉降比较敏感，变电站工程的主要建构筑物及构支架设备基础一般采用桩基础处理，发生沉降的主要为站内道路、电缆沟及其它站区性构筑物，因此变电站工程软基处理的主要目的是消除场地的沉降，而并非作为建筑物及设备基础的持力层。针对变电站工程的工程特点及工程经验，对几种软基处理方法的应用进行了分析与介绍。2变电站软土地基处理2.1换土垫层法换土垫层法是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性2能稳定的素土、砂石等材料以及土工合成材料充填，并通过人工或机械进行密实处理，成为良好的人工地基。具有经济、施工简便、工期较短等特点。当变电站场地淤泥或淤泥质土的层度较薄，或者场地局部位于鱼塘和排洪沟时，可采用换土垫层法处理，换填材料应首先考虑就地取材，利用场地挖方区的土石进行换填，当基坑中有地下水或在鱼塘中时，应采用砂石和矿渣等透水材料进行换填。由于变电站建筑物大部分为单层或者两层的建筑，对地基承载力要求不高，因此经过换土垫层法处理后可建构筑物及设备基础可采用天然地基。2.2堆载预压法堆载预压法指在地基表面分级堆土或其他荷载，使地基土压实、沉降、固结，从而提高地基强度和减少地基沉降量的一种方法。根据《变电站总布置设计技术规程》DL/T5056要求，220kV枢纽变电站及220kV以上电压等级的变电站站区场地设计标高应高于频率为1%(重现期)的洪水位或历史最高内涝水位。在珠三角部分地区，例如珠江入海口、佛山顺德地区等，由于变电站站址原始地形标高较低，清除表土后并考虑堆载预压的沉降，需对场地进行购土（砂）进行回填4米左右方可达到设计标高。由于场地需要进行回填，4米土或者砂的自重能对场地产生约80kPa的荷载作用，根据场地的实际情况，可以考虑继续增加2米的超载堆水或1米的超载填土，使得堆载预压总的荷载达到100kPa。由于总的荷载远大于下部淤泥层的承载力特征值，需要根据地基土的强度增加进行分级加载，预计总的工期为6个月，包括1个月（施工准备、插打排水板及施工排水沟）、3个月分级加载时间与2个月的恒载。由于堆载预压会对周围土体产生剪切、隆起等破坏作用，如场地周围存在建构筑物，需采用措施避免对周围建构筑物的破坏，例如水泥土搅拌桩围幕等。2.3真空预压法真空预压法属于排水固结法，通过真空压力(负压)使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡力的作用下通过竖向排水体逐渐排出，从而使土体产生固结变形。与堆载预压相比，真空预压法具有固结快、工期短等特点。真空预压时地基不会发生剪切变形，只有压缩变形，不会引起地基失稳，因而施工时无须控制加荷速率。在部分地区变电站场地原始地形标高高于频率为1%(重现期)的洪水位或历史最高内涝水位，或者受城市防洪堤的保护，不需要进行场地填高或者填高高度很小达不到预压荷载的要求，如采用堆载预压则土方运进与运出的费用较大，且会影响工期，则可以采用真空预压法。真空预压产生的真空压力一般为80kPa，在变电站中由于主要建筑物及构支架设备基础采用桩基础，可采用80%～85%作为设计要求达到的固结度。2.4水泥土搅拌桩法水泥土搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中奖软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软件之间产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。当变电站的用地面积较小时，如220kV户内变电站、110kV变电站等，由于站内道路、电缆沟等站区构筑物等所占面积较小，不适合使用堆载预压或者真空预压，则可对站内道路、电缆沟等站区构筑物等区域采用水泥土搅拌桩处理地基，配电装置楼及构支架设备基础采用桩基础。相比堆载预压及真空预压法，水泥土搅拌桩法具有施工简单、适用范围广、对周边环境无影响、施工周期短等特点。3工程应用佛山某220kV变电站位于佛山市顺德区，场地地层分布从上至下分别为：①素填土：褐黄色～褐色，松散，湿，以粉质粘土为主为人工自然堆填，平均厚度2.7m；②淤泥：褐色～褐黑色，流塑，饱和，局3部夹薄层粉细砂，含植物腐殖质等有机质及白色贝壳碎屑，有臭味，平均厚度4.57m；③淤泥质土：褐色～褐黑色，软塑，饱和，平均厚度4.87m；④细中砂(Q4mc)：褐色～褐黄色灰色，饱和，松散～稍密，石英质，级配不良，含少量贝壳残片，海陆交互相，平均厚度5.29m；⑤淤泥质土：褐色～褐黑色，软塑，饱和，平均厚度5.12m；⑥卵石(Q4mc)：褐黄色，饱和，密实，以粉砂质砂岩为主。本工程总软弱土层的平均厚度约为16.6米，如不进行处理，后期场地会出现不均匀沉降，影响变电站的安全运行。本站原始地面标高为2.48米，站址100年一遇最高洪水位的设计标高为7.01米，需填高4.53米方可达到设计标高。结合本工程的特点，设计采用塑料排水板+堆载预压处理地基，塑料排水板的间距为0.9米×0.9米，插入深度为16米，初步计算堆载预压后场地的最终沉降量为0.8m，荷载分三阶段完成，每级荷载分别为1.2米、2.0米和2.13米，填土产生的预压荷载约为100kPa，总的施工周期为5个月。经对监测结果进行分析，场地平均沉降量为600mm，平均固结度达到92%，满足设计要求，取得了良好的效果。4结论结合作者的工程经验，本文针对不同地质情况，场地条件，建设工期等情况，提出了几种针对变电站工程的软基处理方法，并对提出的处理方法的适用范围、优缺点进行比较分析（见表1所示），对珠三角地区变电站工程的软基处理设计及施工有一定的指导意义。表1地基处理方法比较列表软基处理方法适用范围适用变电站类型优点缺点换土垫层法浅层地基处理所有电压等级经济,施工简便，工期短处理深度浅堆载预压法深层地基处理,且处理面积较大,场地需要填高500kV变电站、220kV常规或GIS变电站施工相对简单,对深层软土处理效果好，利用填土荷载施工周期较长,影响场地周边的建构物真空预压法深层地基处理,处理面积较大,场地不需要填高,工期紧张500kV变电站、220kV常规或GIS变电站相对堆载预压法工期较短，不对对土体产生破坏，处理效果好施工难度较大,对密封性要求高水泥土搅拌桩法深层地基处理,处理面积较小220kV户内变电站、110kV及以下变电站技术成熟，施工相对简单，工期较短参考文献[1]陈晓平,黄国怡,梁志松.珠江三角洲软土特性研究[J].岩土力学与工程学报，2003,22(1):137-141(CHENXiaoping,HUANGGuoyi,LIANGZhisong.StudyonsoftsoilpropertiesofthePearlRiverdelta[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering,2003,22(1):137-141.inChina)[2]龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008