摘要：变电站基础设计是变电站施工质量保障的重要环节。为了解决变电站建设中遇到的不良地质问题，文章介绍了泥炭质土地质，并针对变电站泥炭质土的地基处理，介绍了增压式真空预压法联合堆载预压法的应用，旨在为类似变电站的施工建设提供经验借鉴。
关键词：地基处理；承载力；沉降；增压式真空预压法
随着社会经济的不断发展，基础工程建设的规模也越来越大。在电力工程建设中，一个非常重要的组成部分就是变电站工程。在变电站工程中，地基的处理是工程的基础，所以只有做好了地基处理才能保证整个工程的质量。然而，在电力基础设施建设过程中，根据供电需要，电站往往需要建设在复杂地形。因此，常需要对建设场地地基进行处理，才能满足电站建设需求，确保电站的正常建设。
1.泥炭质土地质问题
泥炭、泥炭质土的物理力学性质包括物理性质和力学特性，主要指标天然容重平均值在1.12左右，有机质含量12.8%～35.04%，含水率57~330%，孔隙比2.63~6.83，压缩系数为2.2~5.6MPa-1，固结系数1.02x10-4~7.96x10-4cm2/s，物理力学性质表现在有机质含量高、低容重、高含水量、大孔隙比、强压缩性、低强度、慢固结等方面。泥炭质土属高灵敏度的土，颗粒连接结构容易被破坏，成为稀释态，从而产生变形，加之其结构松散，强度低，具有触变和流变的特性，且次固结延续时间长，以其有机质含量高、低强度、高压缩性、慢固结难以加固处理等物理力学特性造成了地基承载力低、不均匀沉降、施工困难，在泥炭土上建筑物的地基失稳和地基沉降、塌方等工程地质问题[1]。
目前在实际工程中对该类地基常用的处理方法主要分为2类：一类是采用复合地基处理方法包含搅拌桩、旋喷桩、碎石桩等，另一类是采用桩基础穿越泥炭质土层。
2.变电站地基处理
变电站的建构筑物形式多样化导致其结构荷载、基础的形式的多样化，地基处理不仅需要满足建构筑物承载力和沉降的要求，而且对场地也应进行处理，避免场地发生较大的沉降。某220kV变只单一采用沉管灌注桩加深处理主要建筑物和构支架基础，但由于泥炭质软土的工后沉降时间长，后期道路、场地、设备基础、管线和电缆沟等出现了较大沉降[2]。
另一个220kV变电站地处斜坡地带，地形切割深，山峰林立，峡谷遍布，属高原构造侵蚀、剥蚀中低山地区。场地内泥炭质土呈深灰、灰黑等色，饱和，流塑状态，局部软塑，切口粗糙，韧性中，局部混碎石，有机质含量12.8%～22.4%，天然含水量125.2%～167.2%，孔隙比3.125～3.524，场地内全部区域均有分布，埋深0.00～28.00m，厚薄不一，厚度最薄1.10m，最厚23.00m。
2.1变电站场地处理方式
基于变电站地基处理不仅需要满足建构筑物承载力和沉降的要求，而且对场地也应进行处理，避免场地发生较大的沉降。因此对于场地沉降的处理方式优先考虑的是复合地基，考虑到泥炭质土的厚度及分布不均匀，孔隙率比较大，有机质含量高，因此考虑采用真空预压的方法进行地基处理，鉴于泥炭质土的渗透系数较小，因此拟考虑采用增压式真空预压的方法来加速排水固结。
增压式真空预压法是在常规的真空预压技术上在土体中均匀设置增压管，使土体水分子在压力作用下定向流动，采用增压技术、直通技术、防淤堵技术，减少了井阻效应，进一步扩大了真空的传递范围，对软基进行快速固结，在有限工期内大幅度提高地基强度，减少工后沉降。
在此工程实施前到现场取土进行室内试验真空预压前的含水量测试结果为：126%。在相同的4个取土位置处，使用传统砂垫层工艺在42小时真空预压后的含水量分别为：84.41%、86.85%、87.24%、88.40%；使用增压式真空预压软基处理工艺在42小时真空预压后的含水量分别为：75.58%、74.77%、73.29%、77.12%。增压式真空预压软基处理工艺效果明显，且不同深度的软土处理效果均较理想；传统砂垫层工艺在不同深度处效果不同，浅层土处理效果比深层土处理效果好，但是总体来说，真空预压效果远远不如增压式真空预压软基处理工艺[3]。
2.2增压式真空预压固结法的沉降分析
地基土沉降情况可计算经预压处理后地基土的固结度，场地地基土沉降包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降，由于场地地层受插板机扰动影响较大及塑料排水板的涂抹作用，瞬时沉降计算比较困难，次固结沉降沉降量相对较小，可忽略不计，仅考虑固结沉降。对于正常固结粘性土，在附加荷载作用下，地基最终沉降S表示为：（）å=--==×-
式中：S---地基固结最终沉降量（mm）。
S’---按分层总和法算出的地基沉降量（mm）。
ys---沉降计算经验系数，本处取1.3。
n---地基沉降计算深度范围内所划分的土层层数。
Po---对应于荷载标准值时的基础底面处的附加压力（kPa）。
Esi---底面下第i层土的压缩模量（MPa）。
ai、ai-1---基础底面计算点到第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
zi、zi-1---基础底面到第i土层、第i-1层土底面的距离（m）。
若直接采用80kPa真空预压，分别计算基岩深度为10m，20m，28m真空预压固结度达到90%的沉降量分别为1200mm，1872mm，2383mm，真空预压结束后再回填土，按目前场平最大填土量达3.2m，即使不考虑上部构筑物荷载，则最大工后沉降约为943mm，不满足要求。
待预压固结结束后再来回填，显然是不合理不科学的，所以调整施工方法先抽真空2个月使土体具有一定强度后，平均堆载1.8m高土后继续抽真空（堆载+真空预压总荷载达116kPa）固结度达90%，不考虑上部建见构筑物的荷载仅考虑场地沉降，工后最大沉降约为50～90mm，考虑到场平阶段依然会发生一部分沉降，此施工方法能满足场地要求，故单纯的真空预压不能满足需要，需采用增压式真空联合堆载预压。
图1典型土层e-p曲线
2.3变电站地基处理的方法
从上面的理论分析可以看出增压式真空预压法处理场地固结能满足要求，但是若再考虑场平后的建构筑物荷载，工后沉降会进一步加大，尤其是在填土较厚处、软土较厚处，因此若直接采用真空预压后的加固地基作为主要建构筑物的持力层，由于下部软土厚薄不一，且经真空预压处理后土的孔隙比依然在2.0～2.5之间，工后不均匀沉降难以控制，可靠性低。还需在建、构筑物基础下采取其他处理措施（如：预制桩、机械成孔灌注桩、水泥粉煤灰碎石桩等）[4]。根据地勘揭露，本场地内岩土层分布不均匀，部分地段为碎石层，呈透镜体分布，下覆基岩埋深起伏较大，预制桩打入施工和桩长均不易控制，所以设计不予推荐使用。而水泥粉煤灰碎石桩对淤泥质土、有机质粘土和泥炭质土还应通过现场试验进一步确定其适用性。所以方案中建、构筑物基础下地基处理按机械钻孔灌注桩考虑。灰岩层为中等风化硬质岩石，承载力高，作为桩基础持力层，变电站地基处理方案为：
2.3.1增压式真空联合堆载预压施工
（1）地基承载力120KPa（真空预压两个月后填1.8-2.2米土夹石（掺石量20%）分层碾压密实。）
（2）抽真空90天固结度要求达到90％，且连续5天沉降小于2.5mm/d。
2.3.2机械成孔灌注桩施工
建、构筑物基础下设置￠600旋挖钻孔灌注桩，桩端至中风化灰岩０.5m，考虑真空预压处理深度有限，存在工后沉降产生负摩阻力的不利影响，则单桩承载力特征值按不小于750设计。
3.结束语
综上所述，出于建设需要，许多变电站站址多处于地质条件较差的地方，如果自然地质不能满足变电站建设的要求，那么它将不得不处理变电站的地基。实践表明，增压式真空预压法联合堆载预压法用于处理泥炭质地基时处理场地沉降有较好的效果，但鉴于泥炭质土本身的有机质含量高，孔隙比大，其承载力还不足以提高到可以用于直接建设变电站的重要建筑物，且处理深度有限，因此用于变电站泥炭质土还需结合其他地基处理方法才能满足建构筑物承载力和沉降的要求。
参考文献：
[1]熊恩来.云南泥炭、泥炭质土的力学特性及本构模型研究[D].昆明理工大学，2005.
[2]邹鑫，杨亚丽.浅谈变电站的地基处理[J].门窗，2016（5）：241-242.
[3]陈铿.变电站地基处理与变电站设计分析探讨[J].工程技术：全文版，2016（11）：00136-00136.
[4]丛培瑞，崔进波.某500kV变电站地基处理方案研究[J].山西建筑，2016，42（4）：56-57.
论文作者:关灿杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
标签：预压论文; 地基论文; 变电站论文; 泥炭论文; 真空论文; 场地论文; 有机质论文; 《基层建设》2018年第20期论文;