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摘要：介绍了变电站变压器运输的特殊性，为了尽可能准确评估汽车荷载影响，先分析汽车荷载运输动力系数问题，然后具体到变电站实际运用中汽车荷载特殊土处理计算。经过分析计算和平时经验的总结，给出220kV及以下电压等级变电站汽车荷载运用建议。
关键词：变压器运输 汽车荷载 动力系数 特殊土
中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)008-039-02
1 变电站变压器运输概述
汽车(变压器)轮压以其荷载数值大、作用位置不确定及一般作用时间较短而倍受结构设计者关注。结构设计的关键问题在于汽车轮压等效均布荷载数值的确定。轮压荷载作用位置的不确定性，给等效均布荷载的确定带来了一定难度，一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困难的，且从工程设计角度看，也没有必要。“等效”和“折减”的本质都是“近似”，且其次数越多，误差就越大。在涉及到变电站道路或者构筑物设计要求时，充满不确定性，给平时的工程设计带来困难。
在运输时，选择大型电力变压器运输车辆应考虑以下原则：
(1)自重尽量轻；(2)每个车轮的高低应能自动调整，以适应路面的高低平，并保证其受力的均匀性；(3)满载时的轴重尽量小；(4)转弯半徑尽量小；(5)牵引力大，爬坡能力强。
2 汽车荷载运输动力系数要求
汽车荷载属于动力荷载，楼板顶填土或面层对汽车动力荷载起缓冲和扩散作用，楼板顶覆土或面层太薄时，一般可不考虑其有利影响。而当楼板顶覆土厚度较大时，轮压活荷载对顶板的动力影响已经不明显，可取动力系数为1.0(表1)。《建筑结构荷载规范》表4.1.1中给出的车辆荷载，是一种直接作用在楼板上的等效均布荷载，已考虑了动力系数，可直接采用。
按照荷载规范4.6.2要求，搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车的动力系数，可采用1.1～1.3。
汽车轮压荷载传至楼板及梁的动力系数见下表1。
注：1)覆土厚度部位表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定；2)当直接用荷载规范4.1.1中第8项规定的数值时，无需再乘以表中数值。
覆土厚度对汽车活荷载下土中均布压力值有比较大的影响。覆土对活荷载有明显的扩散作用，覆土深度越深，汽车活荷载折减越多。
下表2以20t汽车为例，说明汽车活荷载下土压力计算表。
3 变压器运输特殊土处理
特殊土的种类很多，主要有软弱土、饱和砂土及饱和粉土、膨胀土、红粘土、湿陷性黄土、人工填土、冻土、盐渍土等。
以下例子为填土或软弱土较浅(2-3米左右)，在变压器平板汽车运输下，地基处理情况说明分析。南京某一变电站工程，场地标高为40.70米(吴淞高程)。场地广泛分布1层素填土，结构松散，不均匀，强度低(承载力约60kN／m2)。1层素填土底标高大部分地区为38.30米，局部素填土分布更深。该变电站内道路采用公路型灰土基层水泥混凝土运输道路方案，道路厚度为0.58米(180mm厚C25水泥混凝土面层，200mm厚灰土基层，200mm厚灰土底基层)。
按照特-200特种平板挂车荷载计算，每个车轴压力位132kN，每组车轮着地的长度和宽度分别为0.2m和0.5m，平均到每个车轮的压力为330kN／m2，覆土厚度为0.3米时，汽车活荷载下图中的均布压力减为12.62t／m2。假设继续下挖2米覆土，换填砂石垫层(每200厚砂石夯实均匀铺设)，均布压力折减为1.68t／m2，考虑动力系数为1.00,2米覆土之下的均布压力为1.68t／m2。本工程绝大部分区域已经到达2层粉质粘土(承载力特征值为125kPa)，远远可以满足汽车荷载要求；对于部分素填土分布较深的区域，可以采取夯实素填土的方法，减小地基沉降，然后回填2米深的砂石垫层，需分层夯实。经过夯实的素填土承载力特征值约为6t／m2，大于1.68t/m2。因此可以满足变压器汽车运输要求。
南京地区经常会碰到较深的淤泥及淤泥质粉质粘土的广泛分布情况，该土抗剪强度较低、压缩性较高、渗透性较小、天然含水率较大的饱和粘性土。此类土工程中不能直接作为基’础持力层。对于特殊土较深，回填2～3米砂石垫层无法满足地基变形要求，需要采用更为安全的地基处理办法。
对于素填土或者杂填土、软弱土等较深的场地，挖除2米覆土回填砂石，还不足以满足生产要求。原因是素填土或者杂填土、软弱土等厚度太深，一般地勘资料没有详细的该层土资料，无法准确计算生产运行之后地基土的变形量。为生产安全考虑，这种情况下，就不宜简单地回填砂石垫层，而应该采取其它的软弱土处理办法，例如：深层搅拌法(湿法)。可采用直径为500mm的深搅桩，梅花型布置，采用单轴深层搅拌机施工，叶片直径为500mm，使用42.5级普通硅酸盐水泥。水泥掺量为14～16％。水泥浆水灰比选用0.45～0.55,送浆压力0.4～0.6MPa,要求28天的强度大于1.0MPa。按照《建筑地基处理技术规范》9.2,5条可以简单计算处理后的复合地基承载力特征值。在深搅桩施工完毕之后需要在基础和桩之间设置褥垫层，褥垫层厚度可取200-250mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。考虑一部分褥垫层和施工道路的扩散作用，实际需要处理过的复合地基承载力特征值≥12t／m2。具体到每个工程计算，一般就是深搅桩长度参数不同。
深搅桩成桩后3天内，可用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1％，且不少于3根。竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。并宜在成桩28天后进行，检验数量为桩总数的1％，且每项单体工程不应小于3点。
4 变电站汽车荷载运用建议
在城市常用的220kV及以下电压等级的变电站设计过程中，鉴于以上分析，我们可以考虑三种情况。(1)素填土或杂填土很浅(1米以内)，可以采用换填砂石，将汽车荷载传至素填土或杂填土以下的好土中。(2)素填土深度在2~3米左右，可以采用挖除素填土2米深，先夯实原有特殊土，然后回填砂石或者3：7灰土，以上均需分层夯实。(3)特殊土较深，有时甚至10米及以上，可以采用深层搅拌法进行处理，具体工程可以经过计算来定深搅桩的长度。
对于其它需要走变压器平板汽车的构筑物，其通过表面等效均布荷载，可以根据荷载规范附图B楼面等效均布活荷载的确定方法来定。经过平时设计分析经验，我们可以采用等效均布活荷载50kN／m2来进行分析计算，另外直接通过构筑物表面时，需要进一步核算楼板冲切承载力。
关键词：变压器运输 汽车荷载 动力系数 特殊土
中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)008-039-02
1 变电站变压器运输概述
汽车(变压器)轮压以其荷载数值大、作用位置不确定及一般作用时间较短而倍受结构设计者关注。结构设计的关键问题在于汽车轮压等效均布荷载数值的确定。轮压荷载作用位置的不确定性，给等效均布荷载的确定带来了一定难度，一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困难的，且从工程设计角度看，也没有必要。“等效”和“折减”的本质都是“近似”，且其次数越多，误差就越大。在涉及到变电站道路或者构筑物设计要求时，充满不确定性，给平时的工程设计带来困难。
在运输时，选择大型电力变压器运输车辆应考虑以下原则：
(1)自重尽量轻；(2)每个车轮的高低应能自动调整，以适应路面的高低平，并保证其受力的均匀性；(3)满载时的轴重尽量小；(4)转弯半徑尽量小；(5)牵引力大，爬坡能力强。
2 汽车荷载运输动力系数要求
汽车荷载属于动力荷载，楼板顶填土或面层对汽车动力荷载起缓冲和扩散作用，楼板顶覆土或面层太薄时，一般可不考虑其有利影响。而当楼板顶覆土厚度较大时，轮压活荷载对顶板的动力影响已经不明显，可取动力系数为1.0(表1)。《建筑结构荷载规范》表4.1.1中给出的车辆荷载，是一种直接作用在楼板上的等效均布荷载，已考虑了动力系数，可直接采用。
按照荷载规范4.6.2要求，搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车的动力系数，可采用1.1～1.3。
汽车轮压荷载传至楼板及梁的动力系数见下表1。
注：1)覆土厚度部位表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定；2)当直接用荷载规范4.1.1中第8项规定的数值时，无需再乘以表中数值。
覆土厚度对汽车活荷载下土中均布压力值有比较大的影响。覆土对活荷载有明显的扩散作用，覆土深度越深，汽车活荷载折减越多。
下表2以20t汽车为例，说明汽车活荷载下土压力计算表。
3 变压器运输特殊土处理
特殊土的种类很多，主要有软弱土、饱和砂土及饱和粉土、膨胀土、红粘土、湿陷性黄土、人工填土、冻土、盐渍土等。
以下例子为填土或软弱土较浅(2-3米左右)，在变压器平板汽车运输下，地基处理情况说明分析。南京某一变电站工程，场地标高为40.70米(吴淞高程)。场地广泛分布1层素填土，结构松散，不均匀，强度低(承载力约60kN／m2)。1层素填土底标高大部分地区为38.30米，局部素填土分布更深。该变电站内道路采用公路型灰土基层水泥混凝土运输道路方案，道路厚度为0.58米(180mm厚C25水泥混凝土面层，200mm厚灰土基层，200mm厚灰土底基层)。
按照特-200特种平板挂车荷载计算，每个车轴压力位132kN，每组车轮着地的长度和宽度分别为0.2m和0.5m，平均到每个车轮的压力为330kN／m2，覆土厚度为0.3米时，汽车活荷载下图中的均布压力减为12.62t／m2。假设继续下挖2米覆土，换填砂石垫层(每200厚砂石夯实均匀铺设)，均布压力折减为1.68t／m2，考虑动力系数为1.00,2米覆土之下的均布压力为1.68t／m2。本工程绝大部分区域已经到达2层粉质粘土(承载力特征值为125kPa)，远远可以满足汽车荷载要求；对于部分素填土分布较深的区域，可以采取夯实素填土的方法，减小地基沉降，然后回填2米深的砂石垫层，需分层夯实。经过夯实的素填土承载力特征值约为6t／m2，大于1.68t/m2。因此可以满足变压器汽车运输要求。
南京地区经常会碰到较深的淤泥及淤泥质粉质粘土的广泛分布情况，该土抗剪强度较低、压缩性较高、渗透性较小、天然含水率较大的饱和粘性土。此类土工程中不能直接作为基’础持力层。对于特殊土较深，回填2～3米砂石垫层无法满足地基变形要求，需要采用更为安全的地基处理办法。
对于素填土或者杂填土、软弱土等较深的场地，挖除2米覆土回填砂石，还不足以满足生产要求。原因是素填土或者杂填土、软弱土等厚度太深，一般地勘资料没有详细的该层土资料，无法准确计算生产运行之后地基土的变形量。为生产安全考虑，这种情况下，就不宜简单地回填砂石垫层，而应该采取其它的软弱土处理办法，例如：深层搅拌法(湿法)。可采用直径为500mm的深搅桩，梅花型布置，采用单轴深层搅拌机施工，叶片直径为500mm，使用42.5级普通硅酸盐水泥。水泥掺量为14～16％。水泥浆水灰比选用0.45～0.55,送浆压力0.4～0.6MPa,要求28天的强度大于1.0MPa。按照《建筑地基处理技术规范》9.2,5条可以简单计算处理后的复合地基承载力特征值。在深搅桩施工完毕之后需要在基础和桩之间设置褥垫层，褥垫层厚度可取200-250mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。考虑一部分褥垫层和施工道路的扩散作用，实际需要处理过的复合地基承载力特征值≥12t／m2。具体到每个工程计算，一般就是深搅桩长度参数不同。
深搅桩成桩后3天内，可用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1％，且不少于3根。竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。并宜在成桩28天后进行，检验数量为桩总数的1％，且每项单体工程不应小于3点。
4 变电站汽车荷载运用建议
在城市常用的220kV及以下电压等级的变电站设计过程中，鉴于以上分析，我们可以考虑三种情况。(1)素填土或杂填土很浅(1米以内)，可以采用换填砂石，将汽车荷载传至素填土或杂填土以下的好土中。(2)素填土深度在2~3米左右，可以采用挖除素填土2米深，先夯实原有特殊土，然后回填砂石或者3：7灰土，以上均需分层夯实。(3)特殊土较深，有时甚至10米及以上，可以采用深层搅拌法进行处理，具体工程可以经过计算来定深搅桩的长度。
对于其它需要走变压器平板汽车的构筑物，其通过表面等效均布荷载，可以根据荷载规范附图B楼面等效均布活荷载的确定方法来定。经过平时设计分析经验，我们可以采用等效均布活荷载50kN／m2来进行分析计算，另外直接通过构筑物表面时，需要进一步核算楼板冲切承载力。