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摘要：简要介绍了变电站工作程流程,根据变电站建(构)筑物的不同特点,探讨了在不良地质条件下变电站土建工程中基础的几种处理技术策略,同时,就变电站土建中地基与基础方案建议。
关键词：变电站、基础、不良地基
Abstract: this article introduces the process flow substation work, according to the substation structures and buildings in the different characteristics of the content, the paper discusses the poor geological conditions in civil engineering of substation based several processing technology strategy, meanwhile, substation in civil engineering groundwork and foundation proposal.
Keywords: substation, foundation, bad foundation
中圖分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1前言
变电站土建工程主要是为输变电设备服务，土建工程质量的好坏将对变电站的安全造成直接影响。在变电站土建工程中，影响质量的因素除了其本身结构施工好坏之外，一个非常重要的因素就是不良地基引起基础的不均匀沉降。下面结合变电站土建工程的特点，谈谈对土建工程的基础处理。
2变电站存在不良地基的理由及其影响
由于变电站站址的选择受到系统的制约，以下几种站址比较容易出现的不良地基：
2.1变电站选址在坡底的冲积平地，看上去较平整，但由于形成的年限不长，并受山水侵蚀，易出现软弱地基。
2.2地形高差较大，经过挖填平衡后，填土较深且填土部分面积大且不规则，虽然在“三通一平”过程中表面部分被碾压，但由于施工工期短，并未全部压实或产生预沉降。
2.3受地形条件的限制，站址部分或全部落在水田或水塘中，田中的淤泥属于软弱地基。
2.4其他如孔洞、沟涧、墓穴及其它回填土等不可预见的情况，都可形成不良地基。不良地基由于承载力较小，容易使上部结构产生不均匀沉降，而变电站的建(构)筑物虽然结构独立，但通过电力设备和管线相连，如果产生不均匀沉降，不仅使其本身结构造成破坏，还会引起电力设备和管线的变形和破坏，导致电力安全事故。
3不良地基条件下基础的处理
3.1 建筑物基础的处理
变电站建筑物主要有主控制楼、高压配电室、综合楼、警传室等，由于变电站的整体布置主要考虑各电压等级的出线方向，建筑物的布置服从于电气的布置，虽然设计者会尽量考虑将建筑物布置在地质条件较好的位置，但还是会有部分或全部建筑物处于不良地质地基上。
在设计前一般会对整个站址进行一次地质勘察，如果勘察资料整个站址的地基承载力都不满足设计要求时，或者整个建筑物处于填土区域且填土较深时，设计会选择其适合的基础形式，如桩基础等，一般情况下，变电站建筑物基础为独立柱基础和条形基础。
在施工过程中，当基坑(槽)挖至设计标高时，应对基底上质进行触探实验，实验显示地基承载力满足设计要求，可按设计进行下一道工序。触探实验显示地基承载力达不到设计要求时，需进行处理。其处理策略通常有以下几种：
3.1.1片石垫层。根据地形图和土方图，如果该处基础处于填土区域且填土不深时，可继续开挖至老土以下0.5m以下符合设计要求的持力层，用片石和M10水泥砂浆砌筑至设计标高。
3.1.2扩大基础底面积。对于条形基础，当地基承载力与设计要求相差不大时，可通过验算扩大基础底面积，以减小基底压应力。
3.1.3降基法。对于独立柱基础，可将基底标高降至原土以下，降基后底层柱的长细比会变大，应由设计部门重新对柱的结构进行验算和修改设计。
3.1.4挤密桩法。对于基础局部处于软弱土层，且无
法判断该土层的厚度时，可采用挤密法提高地基的承载力。
3.1.5强夯法。当基础所处位置填土较深时，可采用强夯法。
3.2变压器、构(支)架基础
变压器、构(支)架基础都属于独立基础，但其上部的设备和管线都是相连的，因此必须将其沉降制约在允许范围内，根据规范要求，其沉降应制约在10mm以内。当基础处于不良地基上时，根据不同情况，可采取片石垫层、扩大基底面积、挤密桩法和强夯法进行处理。当大部分构(支)架基础处于较深的填土区时，也可采用桩基础。
3.3电缆沟、排水管道基础
由于电缆沟、排水管道基础一般为条形基础，它的特点是上部结构自重较小，长度较长，局部可采用片石垫层，扩大基底面积，如果全长采用的话，由于工程较大，容易使造价增加太大。除了以上处理方法外，还可以采用以下几种处理方法：
3.3.1灰土垫层
灰土垫屋一般适用于处理lm-4m厚的软弱土层。灰土垫层是将基础下面一定范围内的弱土层挖去，用一定体积比配合的灰土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实。
3.3.1.1承载力的确定。经过人工压实(或夯实)的3：7灰土垫层，当压实系数制约在0.97及干土重度不小于14.5～15.0kN/W时，其容许承载力可达300kPa以上。对于2：8灰土，当压实系数制约在0.97及干土重度不小于14.8kN/m3～15.5kN/m3时，其容许承载力可达300kPa。
3.3.1.2灰土垫层材料配比。灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随灰土用量的增大而提高，但当超过一定限值后，强度则增加很小，并且有逐渐减小的趋势。1：9灰土只能改善土和压实性能，2：8和3：7灰土一般作为最优含灰率，但与石灰的等级有关，通常应以CaO+MgO所含总量达到8％左右为最佳。
灰土中土不仅作填料用，而且参与化学作用，尤其是土中的黏粒或胶粒具有一定活性和胶结性。含量越多，灰土强度越高。土粒粒径不得大于15mm。灰土垫层的施工，应严格按有关规程进行。
3.3.1.3灰土的质量检验。一般采用环刀取样，测定其干土重谈变电站土建工程的基础处理度。质量标准可按压实系数确定，一般为0.93~0.95。管道基础压实系数一般采用0.95，不得小于0.90。
3.3.1.4土垫层的厚度。垫层具有一定的厚度才能承担上部结构的压力。垫层的宽度则以沟槽宽度为依据，对于孔洞、沟涧、墓穴及其它回填土、淤土地区，垫层处理范围要扩大。
3.3.2素土垫层
素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土，然后回填素土分层夯实，处理淤泥区管径不大的基础常采用素土垫层。
3.3.3砂和砂石垫层
砂垫层的厚度一般根据垫层底面处的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力来计算。
式中，为垫层底面处土的自重应力(kPa)；为垫层底面处土的附加应力(kPa)；R为垫层底面处软弱土层修正后容许承载力(kPa)。
砂垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，还要根据垫层侧面的容许承载力来确定，防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，侧面土层又比较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。
砂、砂土垫层的材料宜采用级配良好，质地坚硬的粒料，其颗粒的不均匀系数不小于10。管道基础砂垫层以中粗砂为好，也可掺加一定数量的碎卵石。
关于质量检查，用容积不小于200cm3的环刀压入垫层土取样，测定其干土重度，以不小于砂料在中密状态时的干士重度数为合格，如中砂一般为15.5kN/m3～16kN/m3。
3.3.4强夯法
强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对高饱和度的粉土与黏性土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。强夯施工前，应在施工现场选取一个或几个有代表性的试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。强夯的单位夯击能量，应根据地基土类别、结构类型荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000～3000KN•ｍ/ｍ2，细颗粒土可取1500～4000KN•ｍ/ｍ2。
4地基与基础方案建议
4.1 天然地基
站址场地平整后,北侧开挖区地基岩土层主要为粘土②、粘土③,局部见灰岩⑤,场地均有分布,地基土强度较高,建(构)筑物可采用天然地基,以粘土②、粘土③为地基持力层。局部地段灰岩埋深浅,尤其是土岩交界部位存在溶槽等不均匀地基,基础在此处应加大基础宽度或换土垫层,以调整不均匀沉降。
4.2 地基处理
南侧、南西侧及南东侧将形成1.0m～10.0m厚的填土區,其厚度大,若新填填土固结性差,力学强度低,均匀性差,压缩性高,经检验其承载力、变形及均匀性不能满足设计要求时,不能作为建(构)筑物的地基持力层,应对整个场地新填土层进行分层强夯处理,以提高整个场地填土层的压实度,提高新填土的地基承载力、变形模量及均匀性。
强夯法加固填土提高其地基承载力。其优点施工简单,加固效果较好,预计经强夯处理后,填土层的承载力可达到160kPa以上,变电站站内道路、排水渠、电缆沟等可直接置于填土上。其缺点是施工噪音大、振动大,对周边环境有较大的影响。
4.3 桩基础
人工挖孔桩桩端能进入设计持力层,刚度大,单桩承载力高,桩身变形很小,质量控制较易保障,是适合本工程的人工地基处理方案。由于单桩承载力要求不高,可以原状土为桩端持力层,进入原状土的深度通过计算确定。场地地下水埋深大,桩基施工不受地下水的影响。
5结语
(1)在确定基础处理方案时应根据工程的具体情况对几种处理方法进行技术、经济以及施工进度等方面的比较，本着就地取材、节约造价的原则进行处理。
(2)在地基处理施工中要了解施工的方法，还必须了解所采用处理方法的原理、技术标准和质量要求。
(3)进行施工质量和处理效果的检验，确保工程质量。
(4)作好监测工作，以保证施工的正常进行，通过观察收集数据为下一阶段的工作提供可靠的依据。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：变电站、基础、不良地基
Abstract: this article introduces the process flow substation work, according to the substation structures and buildings in the different characteristics of the content, the paper discusses the poor geological conditions in civil engineering of substation based several processing technology strategy, meanwhile, substation in civil engineering groundwork and foundation proposal.
Keywords: substation, foundation, bad foundation
中圖分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1前言
变电站土建工程主要是为输变电设备服务，土建工程质量的好坏将对变电站的安全造成直接影响。在变电站土建工程中，影响质量的因素除了其本身结构施工好坏之外，一个非常重要的因素就是不良地基引起基础的不均匀沉降。下面结合变电站土建工程的特点，谈谈对土建工程的基础处理。
2变电站存在不良地基的理由及其影响
由于变电站站址的选择受到系统的制约，以下几种站址比较容易出现的不良地基：
2.1变电站选址在坡底的冲积平地，看上去较平整，但由于形成的年限不长，并受山水侵蚀，易出现软弱地基。
2.2地形高差较大，经过挖填平衡后，填土较深且填土部分面积大且不规则，虽然在“三通一平”过程中表面部分被碾压，但由于施工工期短，并未全部压实或产生预沉降。
2.3受地形条件的限制，站址部分或全部落在水田或水塘中，田中的淤泥属于软弱地基。
2.4其他如孔洞、沟涧、墓穴及其它回填土等不可预见的情况，都可形成不良地基。不良地基由于承载力较小，容易使上部结构产生不均匀沉降，而变电站的建(构)筑物虽然结构独立，但通过电力设备和管线相连，如果产生不均匀沉降，不仅使其本身结构造成破坏，还会引起电力设备和管线的变形和破坏，导致电力安全事故。
3不良地基条件下基础的处理
3.1 建筑物基础的处理
变电站建筑物主要有主控制楼、高压配电室、综合楼、警传室等，由于变电站的整体布置主要考虑各电压等级的出线方向，建筑物的布置服从于电气的布置，虽然设计者会尽量考虑将建筑物布置在地质条件较好的位置，但还是会有部分或全部建筑物处于不良地质地基上。
在设计前一般会对整个站址进行一次地质勘察，如果勘察资料整个站址的地基承载力都不满足设计要求时，或者整个建筑物处于填土区域且填土较深时，设计会选择其适合的基础形式，如桩基础等，一般情况下，变电站建筑物基础为独立柱基础和条形基础。
在施工过程中，当基坑(槽)挖至设计标高时，应对基底上质进行触探实验，实验显示地基承载力满足设计要求，可按设计进行下一道工序。触探实验显示地基承载力达不到设计要求时，需进行处理。其处理策略通常有以下几种：
3.1.1片石垫层。根据地形图和土方图，如果该处基础处于填土区域且填土不深时，可继续开挖至老土以下0.5m以下符合设计要求的持力层，用片石和M10水泥砂浆砌筑至设计标高。
3.1.2扩大基础底面积。对于条形基础，当地基承载力与设计要求相差不大时，可通过验算扩大基础底面积，以减小基底压应力。
3.1.3降基法。对于独立柱基础，可将基底标高降至原土以下，降基后底层柱的长细比会变大，应由设计部门重新对柱的结构进行验算和修改设计。
3.1.4挤密桩法。对于基础局部处于软弱土层，且无
法判断该土层的厚度时，可采用挤密法提高地基的承载力。
3.1.5强夯法。当基础所处位置填土较深时，可采用强夯法。
3.2变压器、构(支)架基础
变压器、构(支)架基础都属于独立基础，但其上部的设备和管线都是相连的，因此必须将其沉降制约在允许范围内，根据规范要求，其沉降应制约在10mm以内。当基础处于不良地基上时，根据不同情况，可采取片石垫层、扩大基底面积、挤密桩法和强夯法进行处理。当大部分构(支)架基础处于较深的填土区时，也可采用桩基础。
3.3电缆沟、排水管道基础
由于电缆沟、排水管道基础一般为条形基础，它的特点是上部结构自重较小，长度较长，局部可采用片石垫层，扩大基底面积，如果全长采用的话，由于工程较大，容易使造价增加太大。除了以上处理方法外，还可以采用以下几种处理方法：
3.3.1灰土垫层
灰土垫屋一般适用于处理lm-4m厚的软弱土层。灰土垫层是将基础下面一定范围内的弱土层挖去，用一定体积比配合的灰土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实。
3.3.1.1承载力的确定。经过人工压实(或夯实)的3：7灰土垫层，当压实系数制约在0.97及干土重度不小于14.5～15.0kN/W时，其容许承载力可达300kPa以上。对于2：8灰土，当压实系数制约在0.97及干土重度不小于14.8kN/m3～15.5kN/m3时，其容许承载力可达300kPa。
3.3.1.2灰土垫层材料配比。灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随灰土用量的增大而提高，但当超过一定限值后，强度则增加很小，并且有逐渐减小的趋势。1：9灰土只能改善土和压实性能，2：8和3：7灰土一般作为最优含灰率，但与石灰的等级有关，通常应以CaO+MgO所含总量达到8％左右为最佳。
灰土中土不仅作填料用，而且参与化学作用，尤其是土中的黏粒或胶粒具有一定活性和胶结性。含量越多，灰土强度越高。土粒粒径不得大于15mm。灰土垫层的施工，应严格按有关规程进行。
3.3.1.3灰土的质量检验。一般采用环刀取样，测定其干土重谈变电站土建工程的基础处理度。质量标准可按压实系数确定，一般为0.93~0.95。管道基础压实系数一般采用0.95，不得小于0.90。
3.3.1.4土垫层的厚度。垫层具有一定的厚度才能承担上部结构的压力。垫层的宽度则以沟槽宽度为依据，对于孔洞、沟涧、墓穴及其它回填土、淤土地区，垫层处理范围要扩大。
3.3.2素土垫层
素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土，然后回填素土分层夯实，处理淤泥区管径不大的基础常采用素土垫层。
3.3.3砂和砂石垫层
砂垫层的厚度一般根据垫层底面处的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力来计算。
式中，为垫层底面处土的自重应力(kPa)；为垫层底面处土的附加应力(kPa)；R为垫层底面处软弱土层修正后容许承载力(kPa)。
砂垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，还要根据垫层侧面的容许承载力来确定，防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，侧面土层又比较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。
砂、砂土垫层的材料宜采用级配良好，质地坚硬的粒料，其颗粒的不均匀系数不小于10。管道基础砂垫层以中粗砂为好，也可掺加一定数量的碎卵石。
关于质量检查，用容积不小于200cm3的环刀压入垫层土取样，测定其干土重度，以不小于砂料在中密状态时的干士重度数为合格，如中砂一般为15.5kN/m3～16kN/m3。
3.3.4强夯法
强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对高饱和度的粉土与黏性土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。强夯施工前，应在施工现场选取一个或几个有代表性的试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。强夯的单位夯击能量，应根据地基土类别、结构类型荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000～3000KN•ｍ/ｍ2，细颗粒土可取1500～4000KN•ｍ/ｍ2。
4地基与基础方案建议
4.1 天然地基
站址场地平整后,北侧开挖区地基岩土层主要为粘土②、粘土③,局部见灰岩⑤,场地均有分布,地基土强度较高,建(构)筑物可采用天然地基,以粘土②、粘土③为地基持力层。局部地段灰岩埋深浅,尤其是土岩交界部位存在溶槽等不均匀地基,基础在此处应加大基础宽度或换土垫层,以调整不均匀沉降。
4.2 地基处理
南侧、南西侧及南东侧将形成1.0m～10.0m厚的填土區,其厚度大,若新填填土固结性差,力学强度低,均匀性差,压缩性高,经检验其承载力、变形及均匀性不能满足设计要求时,不能作为建(构)筑物的地基持力层,应对整个场地新填土层进行分层强夯处理,以提高整个场地填土层的压实度,提高新填土的地基承载力、变形模量及均匀性。
强夯法加固填土提高其地基承载力。其优点施工简单,加固效果较好,预计经强夯处理后,填土层的承载力可达到160kPa以上,变电站站内道路、排水渠、电缆沟等可直接置于填土上。其缺点是施工噪音大、振动大,对周边环境有较大的影响。
4.3 桩基础
人工挖孔桩桩端能进入设计持力层,刚度大,单桩承载力高,桩身变形很小,质量控制较易保障,是适合本工程的人工地基处理方案。由于单桩承载力要求不高,可以原状土为桩端持力层,进入原状土的深度通过计算确定。场地地下水埋深大,桩基施工不受地下水的影响。
5结语
(1)在确定基础处理方案时应根据工程的具体情况对几种处理方法进行技术、经济以及施工进度等方面的比较，本着就地取材、节约造价的原则进行处理。
(2)在地基处理施工中要了解施工的方法，还必须了解所采用处理方法的原理、技术标准和质量要求。
(3)进行施工质量和处理效果的检验，确保工程质量。
(4)作好监测工作，以保证施工的正常进行，通过观察收集数据为下一阶段的工作提供可靠的依据。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。