变电站地基处理及基础设计方法探索

吕军在，张健，金国

（国网山东电力泰安供电公司，山东 泰安 271000）

变电站地基处理及基础设计方法探索

吕军在，张健，金国

（国网山东电力泰安供电公司，山东 泰安 271000）

地基基础设计是变电站施工的关键环节。针对变电站的特点，文章分析探讨了在不良地质条件、变电站改扩建以及排水防水问题下，变电站土建工程中地基的几种处理技术，并分析了其适用范围及特点。对变电站的基础设计进行研究，探讨地基基础设计的方案，总结了一些行之有效的地基基础的设计方法，为变电站设备的安全运行提供可靠保障。

变电站；土建；地基处理；基础设计

1 概述

电力系统中，变电站是非常重要的组成部分之一，它的主要功能是实现电能的分配、调度以及传输控制等。它为国家经济的发展以及人民的生活提供了有效的电力保障，同时也维护了电力系统的安全、稳定。因此，要确保变电站功能的实现，必须要建设高质量高水平的变电站。而变电站的设计和建设一旦出现问题，就会带来设备得损坏甚至人员的伤亡等严重的后果。变电站土建工程主要为站内设备服务，土建工程质量的好坏与否将直接影响到变电站的安全运行。而地基和基础是否稳固和牢靠是影响变电站建筑的安全性及站内设备稳定运行的关键。本文主要对变电站地基处理及基础设计常见问题进行研究，探讨变电站地基基础设计的方法。

2 地基处理

2.1 变电站地基基础处理的重要性

整个变电站土建工程具有多道工序，地基基础处理是变电站施工的最重要的环节，它不仅是首要的施工工序，而且承担着整个变电站施工的关键作用，决定着变电站的建筑及设备的安全和质量，在我国现阶段的变电站施工过程中，由于工期、设计、人员、费用等诸多因素，变电站的地基基础处理没有得到设计人员足够的重视，这也就导致了变电站在运行及改扩建过程中暴露了诸多的质量问题。因此，变电站工程的地基基础处理具有非常重要的作用。

2.2 变电站地基基础存在的问题

2.2.1 不良地基的问题

变电站在送变电工程中的作用是变换电压，分配用电量。为了减少传输过程中的耗损，变电站应尽可能的靠近用电量多的地方，才能保证更有效率的用电，电压才不会互相影响。而变电站站址的选择就是根据输变电系统的需要，在网络中的某个区域布点。站址选择时应严格遵循“变电站的建设应符合国家相关土地使用政策，尽量利用原有荒地、坡地、劣地，已有大型溶洞、泥石流、矿产、滑坡等地质灾害的地段不得进行变电站的建设”和“站址的选择还应根据电力系统的规划设计网络结构、城乡规划、征地拆迁、电力通道以及负荷分布等要求全面综合考虑”的有关规定。而有时所选区域的变电站的站址的地形、地质条件往往不受人为因素影响，有时所选站区区域比较特殊，如地质条件差、地形起伏大，对变电站的建(构)筑物的建设条件不是很理想，应采取有效的措施，进行地基处理。

2.2.2 变电站改扩建的问题

变电站在改扩建过程中，一般情况下上部结构或者新上设备会导致荷载增大，且新设备的使用对变形的要求更加严格，而旧设备及基础的拆除，极有可能扰动到地基内部的土层，这会进一步的减弱整个地基的承载能力，原本尚属良好的地基,也极有可能在新的条件下不能满足上部结构及设备的要求。这不仅仅会影响到整个变电站改扩建的工程质量，而且还可能会发生设备及人员的安全事故。

2.2.3 排水防水的问题

由于地下水的存在，地基基础易出现地下积水问题，会对地基基础造成极为严重的危害。如果不对地基进行必要的处理，地基的内部就会进水，进而导致地基的处理工作变得非常困难，对地基基础的施工质量也必然会造成着重要的影响。所以，一定要做好地基的排水和防水措施，确保地基的基坑没有积水，还要将地基表层部分的松软土层清除干净。

3 基础的设计方法

3.1 设计要求

地基基础的设计必须由设计单位来提出具体的要求，同时需要对现场的地质报告进行分析论证，不能盲目的套用图纸。如果地基存在问题，必须对地基进行加固处理，防止地基发生变形，影响施工的正常进行以及后续建筑物及设备的正常使用。并且不允许用大型基础断面承受地基上部的结构受到的荷载，因为无论基础断面多大，它与上部结构相比，基础都是比较柔软的一方。因此，我们在进行基础设计时应使地基处理与基础选型相结合，充分考虑实际情况。

3.2 地基选型

由于变电站属于特殊的建（构）筑物，对变电站中的建筑物、设备及及支架按照其特点和功能采用不同的基础形式进行设计，此外，必须考虑施工现场及材料供应的情况，而且还要考虑其所能承受的荷载和抗震性等。在设计时，要保证基础的形式与上部结构及设备相协调，使得建筑和设备能充分发挥作用，实现其功能。

3.2.1 建筑物基础

配电楼系统的主体结构型式必须所在地形及总平面布置，同时还要便于电气设备的运输和安装，方便电气设备之间的联接和电缆的敷设，方便变电站的运行管理，同时能够有效的利用空间。现阶段，配电楼的平面布置大体上遵循“一”字型组合，多层布置，一般为两层到三层布置，带半层地下室。配电楼内有数个平面单元，层数及高度不一，体量大小也不尽不同，它们之间的组合也比较复杂。通常情况下，地下半层多为电缆夹层，以电缆沟或电缆隧道向外延伸的一层为主变压器室、配电装置室、电容器室、辅助用房及检修工具间等，当然主变压器室也有室外的，二层布置接地变室、继电器室、断路器室等，形成多功能的多层综合配电楼。正是变电站配电楼内这种电气设备布置的特殊性，其对配电楼的基础设计就提出了更为严格的要求。

在对综合配电楼进行基础形式的选择时，要考虑是否存在电缆夹层。独立基础、条形基础和筏板式基础是综合配电楼常用的基础形式。在施工过程中，当基坑开挖至设计标高时，对基底土质严格进行钎探试验，当试验结果表明地基承载力满足设计要求时，进入下一道工序。若实验结果不满足设计要求时，必须对基础地基采取加固措施，采用碾压及夯实重锤夯实、换土垫层中的砂石垫层法以及置换及拌入中的高压喷射注浆法等。基础形式的选用需与地基处理结合考虑。

3.2.2 变压器及其支架基础

变压器、构支架基础都属于独立基础，在满足地基稳定以及变形的前提下，基础尽量浅埋，且满足最小埋深0.5m的规范要求，基础底面应深入持力层，基础顶面高出室外地面部分尚应符合电气设备的要求。当设备基础处于易风化的岩层上，在基坑开挖后，应马上铺筑垫层；当下层的地基承载力低于上层时，基础应尽可能浅埋，充分的利用上部土层作为持力层；当上层和下层属于优质土层，而中间夹杂软弱土层的地基时，应根据软弱土层的相应厚度和荷载的大小来判定基础的埋置深度。当荷载较小、上部优质土层相对较厚时，应尽可能把持力层放在上部较好的土层；若有较薄且不均匀的软弱土层时，可对软弱地基进行局部处理，当荷载较大，而存在较厚的软弱土层时，可充分利用桩基础的方法，充分利用下部优质土层作为持力层。若变压器基础需要加固，且其处于工作当中，不能停止运行，又由于变压器基础施工场地小，施工时要求振动小，且不会对既有基础的稳定以及土层的液化带来危害，故可采用树根桩进行基础加固。

3.2.3 围墙基础

围墙分布在变电站的四周，若围墙基础出现问题，可尝试采用表1-1中的砂石垫层的方法，围墙本身自重小，且上部不承受荷载，可采取砂石垫层的顶部和底部相同宽度，砂石垫层的宽度可沿基础的两边各放出20mm的做法，既能满足地基土应力扩散的要求，也比较经济。砂垫层厚度一般为1～2m，如果厚度小于0.5m，垫层作用不明显，垫层过厚，不经济。为防止围墙出现不均匀沉降，提高其整体性，可在基础顶端设置一道钢筋混凝土地圈梁，地圈梁宽度同围墙宽度，高200mm即可。

4 工程实例

4.1 地质条件

以110kV米山变电站工程为例，由山东中煤物探测量总公司提供的站址地址条件如下。

第一层回填土：红褐色，松散，干-稍湿，主要由粉质粘土混砂组成，含植物根须。场区普遍分布，厚度：0.90～1.50m，平均1.07m；层底埋深：0.90～1.50m，平均1.07m。

第二层粉质粘土：褐色，软～可塑，干强度低～中等，韧性低～中等，稍光滑，局部混砂或含砂、粉土团块，场区普遍分布，厚度：3.40～4.30m，平均3.97m；层底埋深：4.50～5.30m，平均5.03m。

第三层粉质粘土：红褐色，硬～可塑，干强度中等～高，韧性中等～高，稍光滑，含铁锰结核颗粒。该土层为穿透。

4.2 岩土工程性质评价

第一层回填土，松散，均匀性差，力学强度低，不易利用。

第二层粉质粘土，普通分布，属于中等压缩性土，经处理后可以利用。

第三层粉质粘土，分布普遍，属于中等压缩性土，良好基础持力层，是高层建筑良好的基础持力层或者下卧层。

根据标准贯入试验，结合当地建筑经验，确定岩土土层承载力特征值指标见下表。

各层地基土承载力特征值 表1

4.3 基础设计分析

在满足地基稳定和变形要求得前提下，基础应可能浅埋，并且满足规范规定基础最小埋深0.5m的要求，基础底面应该深入持力层150mm，基础顶面高出室外底面的部分也应符合电气专业的要求。

地基土的工程性质一般，地基强度一般，且黄土状土遇水具有湿陷性。因此，对荷重较轻、对湿陷性不敏感的小型设备基础，可选择上述地层作为其天然地基持力层，对于重要拟建建（构）筑物需采用人工地基。本工程配电楼基础持力层选用第二层，将第一层回填土清除，综合考虑地基及地下电缆层，采用筏板基础。

根据场地工程地质条件和当地建筑经验，地基处理方案可采用强夯法或换土垫层进行地基处理，以提高地基土的承载能力。本工程采用换土垫层进行地基处理，基础设计标高下部1m范围内采用3:7的砂石垫层分层夯实回填至设计标高处，每边大出基础1m，同时做好基槽防坡护坡的工作。考虑变压器设备位置下的持力层粉质粘土承载力特征值较低，而变压器设备自重相对较大，为避免出现设备的不均匀沉降，影响变压器的安全和使用，需要对变压器设备的基础顶板和地板进行加强，采用双层双向配筋，并采用拉结钢筋对上下两层钢筋进行固定。

围墙处于挖填土的边缘，挖土区周围的地基问题不大，可采用条形基础，采用Mu30毛石，M7.5水泥砂浆砌筑，基础须坐落于垫层上，否则用Mu30毛石，M7.5水泥砂浆自持力层砌至基底。

5 结束语

通过上述本文的分析和探讨，我们对变电站地基基础中存在的问题以及地基基础设计进行了详尽的研究。因此，在变电站的实际建设中，在确定基础设计方案和地基处理方案时，应根据不同工程的实际情况，应以地质条件、处理的指标和范围、设计要求、工程进度、工程费用、材料来源、当地环境各个方面进行综合考虑、研究，科学的进行地基基础的设计。同时，在地基基础设计中不仅要了解施工的方法，还必须了解所采用方案的原理、技术指标以及质量的要求，提高地基基础设计的质量，切实有效的保证变电站工程的质量，保证电气设备的正常运行。

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TU472

B

1007-7359（2016）06-0085-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.033

吕军在（1989-），男，硕士，主要从事变电站设计及土建研究方面的工作。