中国电力技术装备有限公司 北京市西城区 100052
摘要：本文结合项目所处地巴西的工程技术规范、地形地貌、施工能力及经济条件，探讨巴西美丽山±800kV特高压直流送出二期工程欣古换流站“两厅一楼”基础设计选型过程，总结国际换流站工程中基础方案的可行性研究、经济性及工期等比选因素。
1 项目简介
本工程是巴西第二大水电站——美丽山水电站（装机容量1100万千瓦）的送出工程，可将巴西北部的水电资源直接输送到东南部的负荷中心。本工程送端是位于亚马逊平原的欣古换流站，受端是位于里约州的里约换流站，直流线路长度为2518km，输电能力400万千瓦。该项目是美洲第二个特高压直流输电工程。
送端欣古换流站“两厅一楼”区域基础有以下特点：
（1）欣古换流站控制楼和阀厅主要位于挖方区，场地原始标高在23~30m左右，场平后标高为23.15m，地基土主要为可塑~硬塑的沙质粘土，承载力140~260kPa左右。
（2）阀厅面积、高度、柱距均较大，阀厅轴线尺寸为83.5mX33m，高度为33.3m（屋架下弦28.5m）；由于换流变穿墙套管的影响，换流变压器两侧防火墙间距为10.5m和13.2m，阀厅钢柱柱距为5m~8.35m。
（3）控制楼层数和面积均较大，控制楼轴线尺寸为30.1mx32.3m，局部3层。
综合上述内容，欣谷换流站二期阀厅和控制楼基础荷载较大，高于一期项目的水平。
2 地质条件
2.1地形地貌
欣古换流站属于低丘垄岗地貌，地形略有起伏。站址区一般自然高程13.2-33.8m。
2.2 地层岩性
该项研究通过初步设计勘测获取了欣古站址各地基岩土层状况：（1-1）层为软塑的砂质粘性土，（1-2）、（2-1）层为可塑的砂质粘性土，以上均属于中软土；（1-3）、（2-2）层为硬塑状态的砂质粘性土，属于中硬土；（3-1）层强风化花岗岩和（3-2）层中等风化花岗岩，其中（2-2）、（3-1）或（3-2）层可作为桩端持力层。
2.3 场地地下水
场地地下水类型主要为第四系松散土类孔隙水与基岩裂隙水，主要受大气降水补给，以向低洼谷地地带径流、泉水及蒸发等型式排泄，地下水位受季节及降雨的影响较大。本次勘测期间属于雨季末期，部分钻孔中观测出地下水，水位埋深0.3-10.5m。
2.4 主要岩土工程问题
站址主要岩土工程问题为：
（1）不均匀地基：根据站址区的地层结构特征，同一岩土层层面起伏较大，同一高程线上多分布不同地基土；
（2）花岗岩球状风化：站址区下伏基岩为花岗岩，可能会有花岗岩球状风化体（孤石）发育，数量多且存在位置较浅；
（3）伴随亚马逊地区雨季，地下水位较浅且丰富，桩基干作业可能无法成孔。
（4）本区域基础下部主要为可塑的沙质粘土（标贯7~8击左右），承载力较低，为保证桩基承载力，需采用长桩。
3 原基础设计方案
表1 欣古换流站“两厅一楼”原基础设计方案
4 问题搜集与反馈
欣古换流站场平结束以后，鉴于当地施工经验、项目部调研结果和一期项目桩基施工情况，为确定地质条件和基础施工方案的可行性，当地施工单位在阀厅区域先后选取了T1-T12共12个点进行了钻桩勘测，取点情况见图1：
图1 欣古换流站“两厅一楼”基础钻桩探测布孔图
探测结果见表2：
表2 欣古换流站“两厅一楼”基础钻桩探结果
结合钻桩探测情况，以及当地技术规范、经济条件、施工能力，基础施工面临如下问题：
（1）在地下水区域，已到场的干作业钻机无法进行桩基成孔施工。
（2）如桩基下存在花岗岩球状风化体，已到场的钻机无法进行桩基成孔施工，目前巴西国内具有穿透岩石的桩基机械极少，费用极高。
（3）阀厅、控制楼区域地下水位埋深约5m左右，对于6m及短于6m长度桩基，在采取一定施工措施情况下，能开展桩基施工；但对于8~12m长度的桩基，由于地下水原因，目前采用的钻孔机械无法取出含水率较高的湿土，在不更换目前干作业钻机的情况下无法完成桩基成孔，无法将地下水埋深降至桩底以下标高。
（4）对于存在地下水区域，长螺旋钻机可完成超过6m长桩的施工，目前巴西市场上桩直径0.6m、0.7m的长螺旋钻机较普遍，桩直径0.8m的长螺旋钻机较少，故控制在0.8m以内为宜。
（5）对于国内常见的泥浆护壁成孔工艺（可在有地下水的条件下作业），巴西同类工程未有采用泥浆护壁的施工经验，无泥浆调配比的设计能力，因此无法采用泥浆护壁的桩基钻孔施工工艺。
5 设计变更
5.1 设计建议
（1）关于地下局部可能存在球状花岗岩（孤石）的问题，由于球状花岗岩风化体分布较少且不均匀，如果桩基钻孔时碰到孤石导致无法成孔时，建议桩基础改为天然基础。
（2）鉴于巴西当地施工单位桩基钻孔设备能力和经验不足，工期紧张的现状，在桩基施工遇到地下水且通过降水措施无法成孔的情况下，需要改换长螺旋工艺或天然基础。
5.2 备选方案
方案一：对于阀厅和控制楼直径1.2米、0.9米和桩长超过6米的部分桩基，可采用更改桩基成孔工艺，采用长螺旋后置钢筋笼工艺，该工艺可在地下水情况下施工，并减小桩径，增加桩数。如果桩基施工中碰到孤石导致无法成孔时，将桩基础改为天然基础。
方案二：减小设计桩长避免地下水对桩基成孔影响，将所有桩长控制于5~6m以下，需增加桩基数量及加大承台。
方案三：取消桩基，将所有基础修改为天然基础，避免地下水对桩基施工影响。
6 超前钻勘察
为给方案选型提供准确的地质情况依据，探明具体花岗岩球状风化体分布情况，在结合前期地勘结果的基础上，采用了超前钻进行勘探钻孔勘察。
6.1 布孔及钻探要求
（1）阀厅钢柱基础，均采用超前钻，共40个点，探测深度11米；
（2）阀厅侧防火墙基础为16个群桩基础，其中10个为8群桩基础，各取2个点；其余6个基础各取1个点，共26个点，探测深度10米；
（3）换流变压器两侧防火墙基础，共42个桩基且桩长较短，由施工单位直接进行施工，如果遇到浅层孤石则直接改换天然基础。
（4）控制楼基础，其中每个联合基础各取1点，共12个点，探测深度11米；其余基础共取19个点，探测深度12米；合计31个点。
6.2 勘察结果
表3 欣古换流站“两厅一楼”基础超前钻勘察结果
7 设计选型
7.1 方案比选
结合钻桩勘测以及超前钻勘察的结果，三种备选方案与原方案的对比结果如下：
表4 欣古换流站“两厅一楼”基础方案对比
7.2 设计结果
综合工程量、设计工期、费用以及存在的风险等因素，方案一为最佳设计方案。但由于巴西当地长螺旋机械的桩径普遍采用0.6m与0.8m两种类型，故原方案中1.2m及0.9m的桩径均需要进行更改。
表4 欣古换流站“两厅一楼”基础设计变更结果
8 结论
在复杂的地形地貌条件下（如低邱垄岗地貌）的可研阶段，尤其是国际工程，基础设计需充分调研地下水位情况、花岗岩球状风化体分布、土层分布等地质条件，并结合当地经济条件、当地施工能力综合考虑基础方案。
作者简介：
贾永健（1987年9月10日），男，汉族，硕士研究生，初级工程师，中国电力技术装备有限公司，电力工程，100052.
论文作者:贾永健
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/12
标签：桩基论文; 基础论文; 巴西论文; 地下水论文; 花岗岩论文; 一楼论文; 方案论文; 《基层建设》2018年第24期论文;