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摘要：探讨变电站遇软弱土层时地基处理方法，提出塑料排水板堆载预压法与预应力管桩联合地基处理方案，以工程实例论述塑料排水板堆载预压计算设计方法。
关键词：变电站；淤泥质土；塑料排水板；堆载预压法；地基处理
变电站选址常常会遇到地质条件恶劣的情况，其中软基即为较普遍的一例。类似如珠江三角洲地带，属海陆交互相沉积土层，地基上部常有淤泥质土层，多呈软塑或松散状，压缩性大，强度低，地震液化等级严重等特点，加之淤泥层厚度较大，在场地填土等外加荷载作用下，将产生较大的沉降量，而且沉降延续的时间相当长，对变电站的正常运行存在极大的隐患。根据广电集团《关于加强变电站工程地基处理和土建施工质量的通知》（广电程部[2006]2号），变电站若遇到上述软基，需进行处理。
根据规范、理论和变电站软基处理经验，“塑料排水板+超载预压”法是处理软基既经济又简单的有效方法。本文将以广东揭阳市220kV沟美变电站的软基处理为例，说明采用“塑料排水板+超载预压”进行软基处理的具体方案设计。
一、工程简介
220kV沟美变电站位于广东省揭阳市东山区磐东镇东山工业区内，站址原始地貌为榕江三角洲平原，地势较低，现为水田和鱼塘，地形平坦。220kV沟美变电站建设规模为最终容量4台主变，本期建设2台主变和相配套的配电装置楼、设备构支架、GIS及主变等设备基础、附属性生产建筑物。
根据地质报告，站址场地下均存在淤泥层，分布广，厚度为18.20～24.30米不等，平均厚度为20.48米。根据变电站所定的场地设计标高，站址全场地需填砂厚度约5.6米。
为了提高软土地基的承载能力，满足上部填沙荷载的要求，在施工期间（变电站投运前）能使站区场地范围内淤泥尽快完成大部分（约85%～90%以上）的固结和沉降，并尽量满足站区场地道路及电缆沟的安全运行，因此，站区场地软弱地基必须进行处理。
二、地质条件
站址内的地层主要有上部的淤积成因淤泥层（局部表层为耕土和素填土），下伏冲积成因的砾砂层和粉质粘土层。各土层物理力学指标统计成果如下所列：
（1）淤泥：土层厚度约为18.20m~24.30m（平均层厚20.48m）、天然含水量w=90%、质量密度ρ=1.49克/立方厘米、土粒比重Gs=2.71、干密度ρo=0.7克/立方厘米、天然孔隙比e=2.45、液限wl=62.4%、塑限wp=35%、塑性指数Ip=27.5、液性指数IL=1.9、压缩系数α1-2=3.25MPa-1、压缩模Es1-2=1.1MPa、直剪粘聚力Cq=8.0、直剪内摩擦角ψq=2度、三轴剪粘聚力Cw=10.0、三轴剪内摩擦角ψw=1.5度。
（2）砾砂：土层厚度约为4.15m~21.60m（平均层厚14.33m）、w=14.7%、ρ=2.23克/立方厘米、Gs=2.72、ρo=1.23克/立方厘米、e=0.4、α1-2=0.1MPa-1、Es1-2=14.0MPa、Cq=6.0、ψq=42.0度。
（3）粉质粘土：土层厚度约为18.20m~33.50m（平均层厚27.79m）、w=23%、ρ=2.03克/立方厘米、Gs=2.72、ρo=1.04克/立方厘米、e=0.65、wl=33.0%、wp=20.0%、Ip=13.0、IL=0.23、α1-2=0.22MPa-1、Es1-2=7.5MPa、Cq=35.0、ψq=7.2度。
淤泥层水平渗透系数Kh=0.20*10-8m/s，水垂直渗透系数Kv=0.30*10-8m/s，推荐的淤泥层的水平固结系数Ch=2.2×10 -10m2/s，垂直固结系数Ch=3.2×10-10m2/s。
三、软基处理设计方案
1．场地使用功能分析
站区场地内拟建配电装置楼、220kV和110kV构支架、GIS设备基础及附属建筑。场地平整设计标高为5.80m（1985国家高程，下同）。站区建、构筑物基础采用打入式预应力管桩（PHC）处理。场地只需满足站区道路及电缆沟等正常使用和安全运行要求。
2．地基处理方案
第一步：采用塑料排水板+超载预压处理场地软基
在征地范围内，先清淤，后填1.2米厚中粗砂层，作为水平排水层，按1.0×1.0米间距正方形布置方式，插约18～22米深的塑料排水板做为垂直排水通道，与地基中的砾砂层共同构成空间排水系统。然后分级加载预压，使软弱土体中心的孔隙水排出并逐渐固结，从而使地基发生沉降，同时土体强度和压缩模量逐步提高，软弱地基的抗剪强度和地基承载力不断增长，最终控制场地的不利沉降，达到场地使用的稳定性。考虑到软土的初期强度较低，本站拟将变电站的填土分2～3次回填完成。
场地填土至设计标高后，为加速场地中软土的固结，缩短预压工期，减小软土的后期沉降，满足变电站对沉降要求较高的要求，特进行堆水超载预压，堆水高度约为1.8米。沿场地四周及中轴线修拦水围堰，将场地分为四个区。围堰采用黄泥袋围堰，围堰高2.0米，为梯形结构，下底宽2.7米，上底宽1.5米。围堰墙两侧采用袋装泥包砌筑，中间填优质黄泥（起防渗作用），围堰墙砌筑好后，在每区内侧及底部铺设防水塑料膜，以防水渗入填土中。铺好塑料膜后，即可进行加水堆载。
第二步：所有建构筑物均采用打入式预应力管桩处理地基
地基中的淤泥经过处理，沉降预计约可完成80%～90%，但地基的承载力提高的程度还不能够满足建构筑物的要求，故必须用管桩处理主要建构筑物地基。依照建筑物的重要性、荷载大小分别采用不同直径不同长度的管桩，对构筑物全部采用摩擦型桩。
四、堆载预压地基处理有关计算
（1）地基平均固结度计算：
堆载前场地平整标高为0.5米，场地平整设计标高为5.8米，堆载预压拟分为4级，加载持续时间共150天。
第1級：铺粗砂垫层1.2米厚（作为水平排水体）。10天完成，再加压15天。
第2级：铺中砂2.65米厚。20天完成，再加压30天。
第3级：铺中砂2.65米厚。20天完成，再加压30天。
第4级：堆水1.8米高。10天完成，再加压15天。
竖向排水体采用塑料排水带，采用B型排水板，间距为1.0米，正方形排列，打入深度为21米。
淤泥层平均厚度约20.5米，在场地填土等外加荷载作用下，估计约有1.2米的沉降量。
根据JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》（以下简称《规范》）5.2.3至5.2.5条计算得dp=66.2 mm，de=1130mm，n=17.07；
根据《规范》5.2.7条及表5.2.7和地质报告得：Ch=2.2*10-3cm2/s，Cv=3.2*10-3cm2/s，Fn=2.098，de=113cm，H=1050cm；
查DBJ15-38-2005广东省标准《建筑地基处理技术规范》表6.2.8得：α=0.8106，β=6.6416*10-7；
已知T=150d，故得ΣΔP=140.4kPa，总荷载下的地基平均固结度Ut=95%。
（2）软土层的剪切计算：
填土极限高度Hc=5.52*Cu/γ，取γ=18 kN/m3、Cu = 10kPa，得Hc=3.07m；
计算标高0.5米处原状软土的压应力：σ1=12kPa（鱼塘内），σ2=27 kPa（鱼塘外）；
第一级加载：铺粗砂垫层1.2米厚，分层平铺，分层的厚度控制在300～400，不得集中堆载，按不利情况下的0.6米高度计算压应力σ=10.8kPa，未超过原状软土的压应力，不致引起软土层的剪切破坏。
（3）地基竖向变形量计算：
淤泥层中部的自重应力P=156.45kPa，孔隙比e0=0.48，自重应力与附加应力之和：P+Δz=298.85 kPa；
孔隙比 e1 = 0.40，根據《规范》P19页（5.2.12）式，最终变形量sf =ξ*h*( e0- e1)/(1+ e0)=1.47 米；
取ξ=1.3，因h=21、sf=1.47米、Ut=0.95，故变形量s=sf*Ut=1.40米。
五、地基排水固结设计
1．地基排水固结设计
场地排水固结设计由两个系统组成，一是排水系统，二是加载系统。
（1）排水系统
设置排水系统主要在于改变软弱地基原有的排水边界条件，改善和增加孔隙水的排出途径，缩短排水距离，达到排水固结的目的。系统的设置有：
水平排水体：本设计要求先将鱼塘抽水及清淤后，再回填，平整场地面设计坡度为3‰，以尽量改善盲沟排水条件。然后人工铺设排水粗砂垫层，厚度为1.2m。
竖向排水体：采用塑料排水板作为竖向排水体。插板距离为1.0m，以正方形网络布置。排水板穿透淤泥软弱土层，塑料排水板≥15m，采用B型板。
辅助排水体：场地排水粗砂垫层内（离场地平整面约（0.2～0.3m）设置排水盲沟，盲沟呈方形网络布置，纵横相隔约20～25m，由场地脊线分别向两侧方向按3‰坡度排水，并由主盲沟汇水至集水井，最后由电动抽水泵将水抽出站外排水渠。
（2）加载系统
本工程场地平整的标高为5.80m，此标高以下的填砂为工程本身所必须的回填砂，厚度5.30m，考虑施工期预压固结沉降约1.20m，预加填砂厚度为1.20m，以上两部分填砂总厚度为6.50m，均属预压堆载，另外在填土完成后，在其上部做挡水围堰，将站区对称的分为四个区域，然后均匀对称的注水，水厚度达到1.80米即可，达到一定时间将水外泻，同时拆除围堰，除水为临时荷载外，其他堆载均是永久性荷载，对软基预压排水固结而言均为预压加载系统。
在施工加载过程中，任何时刻作用于地基的荷载不得超过地基的极限荷载，避免因荷载增大导致软弱土体的剪切破坏以至地基失稳。所以施加较大荷载时必须分级，并按设计要求控制加载速率和预压时间，使之与地基强度增长相适应，待前一级荷载作用下达到相应的固结度，并基本稳定后，再施加下一级荷载。本工程场地分三组加载至设计高度。
2．沉降固结计算结果
根据上述计算，最终的地基竖向变形量约为1.4米。本次的固结时间按150天考虑，固结度约为85～90%，施工结束后的地基竖向变形量约为1.2米。
参考文献
[1] 《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002 [S].
[2] 《建筑地基处理技术规范》DBJ 15-38-2005 [S].
[3] 《塑料排水板施工规程》JTJ/T256-96 [S].
[4] 《电力工程地基处理技术规定》DL/T5024-2005 [S].
[5]高大钊．土力学与基础工程[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1998.
关键词：变电站；淤泥质土；塑料排水板；堆载预压法；地基处理
变电站选址常常会遇到地质条件恶劣的情况，其中软基即为较普遍的一例。类似如珠江三角洲地带，属海陆交互相沉积土层，地基上部常有淤泥质土层，多呈软塑或松散状，压缩性大，强度低，地震液化等级严重等特点，加之淤泥层厚度较大，在场地填土等外加荷载作用下，将产生较大的沉降量，而且沉降延续的时间相当长，对变电站的正常运行存在极大的隐患。根据广电集团《关于加强变电站工程地基处理和土建施工质量的通知》（广电程部[2006]2号），变电站若遇到上述软基，需进行处理。
根据规范、理论和变电站软基处理经验，“塑料排水板+超载预压”法是处理软基既经济又简单的有效方法。本文将以广东揭阳市220kV沟美变电站的软基处理为例，说明采用“塑料排水板+超载预压”进行软基处理的具体方案设计。
一、工程简介
220kV沟美变电站位于广东省揭阳市东山区磐东镇东山工业区内，站址原始地貌为榕江三角洲平原，地势较低，现为水田和鱼塘，地形平坦。220kV沟美变电站建设规模为最终容量4台主变，本期建设2台主变和相配套的配电装置楼、设备构支架、GIS及主变等设备基础、附属性生产建筑物。
根据地质报告，站址场地下均存在淤泥层，分布广，厚度为18.20～24.30米不等，平均厚度为20.48米。根据变电站所定的场地设计标高，站址全场地需填砂厚度约5.6米。
为了提高软土地基的承载能力，满足上部填沙荷载的要求，在施工期间（变电站投运前）能使站区场地范围内淤泥尽快完成大部分（约85%～90%以上）的固结和沉降，并尽量满足站区场地道路及电缆沟的安全运行，因此，站区场地软弱地基必须进行处理。
二、地质条件
站址内的地层主要有上部的淤积成因淤泥层（局部表层为耕土和素填土），下伏冲积成因的砾砂层和粉质粘土层。各土层物理力学指标统计成果如下所列：
（1）淤泥：土层厚度约为18.20m~24.30m（平均层厚20.48m）、天然含水量w=90%、质量密度ρ=1.49克/立方厘米、土粒比重Gs=2.71、干密度ρo=0.7克/立方厘米、天然孔隙比e=2.45、液限wl=62.4%、塑限wp=35%、塑性指数Ip=27.5、液性指数IL=1.9、压缩系数α1-2=3.25MPa-1、压缩模Es1-2=1.1MPa、直剪粘聚力Cq=8.0、直剪内摩擦角ψq=2度、三轴剪粘聚力Cw=10.0、三轴剪内摩擦角ψw=1.5度。
（2）砾砂：土层厚度约为4.15m~21.60m（平均层厚14.33m）、w=14.7%、ρ=2.23克/立方厘米、Gs=2.72、ρo=1.23克/立方厘米、e=0.4、α1-2=0.1MPa-1、Es1-2=14.0MPa、Cq=6.0、ψq=42.0度。
（3）粉质粘土：土层厚度约为18.20m~33.50m（平均层厚27.79m）、w=23%、ρ=2.03克/立方厘米、Gs=2.72、ρo=1.04克/立方厘米、e=0.65、wl=33.0%、wp=20.0%、Ip=13.0、IL=0.23、α1-2=0.22MPa-1、Es1-2=7.5MPa、Cq=35.0、ψq=7.2度。
淤泥层水平渗透系数Kh=0.20*10-8m/s，水垂直渗透系数Kv=0.30*10-8m/s，推荐的淤泥层的水平固结系数Ch=2.2×10 -10m2/s，垂直固结系数Ch=3.2×10-10m2/s。
三、软基处理设计方案
1．场地使用功能分析
站区场地内拟建配电装置楼、220kV和110kV构支架、GIS设备基础及附属建筑。场地平整设计标高为5.80m（1985国家高程，下同）。站区建、构筑物基础采用打入式预应力管桩（PHC）处理。场地只需满足站区道路及电缆沟等正常使用和安全运行要求。
2．地基处理方案
第一步：采用塑料排水板+超载预压处理场地软基
在征地范围内，先清淤，后填1.2米厚中粗砂层，作为水平排水层，按1.0×1.0米间距正方形布置方式，插约18～22米深的塑料排水板做为垂直排水通道，与地基中的砾砂层共同构成空间排水系统。然后分级加载预压，使软弱土体中心的孔隙水排出并逐渐固结，从而使地基发生沉降，同时土体强度和压缩模量逐步提高，软弱地基的抗剪强度和地基承载力不断增长，最终控制场地的不利沉降，达到场地使用的稳定性。考虑到软土的初期强度较低，本站拟将变电站的填土分2～3次回填完成。
场地填土至设计标高后，为加速场地中软土的固结，缩短预压工期，减小软土的后期沉降，满足变电站对沉降要求较高的要求，特进行堆水超载预压，堆水高度约为1.8米。沿场地四周及中轴线修拦水围堰，将场地分为四个区。围堰采用黄泥袋围堰，围堰高2.0米，为梯形结构，下底宽2.7米，上底宽1.5米。围堰墙两侧采用袋装泥包砌筑，中间填优质黄泥（起防渗作用），围堰墙砌筑好后，在每区内侧及底部铺设防水塑料膜，以防水渗入填土中。铺好塑料膜后，即可进行加水堆载。
第二步：所有建构筑物均采用打入式预应力管桩处理地基
地基中的淤泥经过处理，沉降预计约可完成80%～90%，但地基的承载力提高的程度还不能够满足建构筑物的要求，故必须用管桩处理主要建构筑物地基。依照建筑物的重要性、荷载大小分别采用不同直径不同长度的管桩，对构筑物全部采用摩擦型桩。
四、堆载预压地基处理有关计算
（1）地基平均固结度计算：
堆载前场地平整标高为0.5米，场地平整设计标高为5.8米，堆载预压拟分为4级，加载持续时间共150天。
第1級：铺粗砂垫层1.2米厚（作为水平排水体）。10天完成，再加压15天。
第2级：铺中砂2.65米厚。20天完成，再加压30天。
第3级：铺中砂2.65米厚。20天完成，再加压30天。
第4级：堆水1.8米高。10天完成，再加压15天。
竖向排水体采用塑料排水带，采用B型排水板，间距为1.0米，正方形排列，打入深度为21米。
淤泥层平均厚度约20.5米，在场地填土等外加荷载作用下，估计约有1.2米的沉降量。
根据JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》（以下简称《规范》）5.2.3至5.2.5条计算得dp=66.2 mm，de=1130mm，n=17.07；
根据《规范》5.2.7条及表5.2.7和地质报告得：Ch=2.2*10-3cm2/s，Cv=3.2*10-3cm2/s，Fn=2.098，de=113cm，H=1050cm；
查DBJ15-38-2005广东省标准《建筑地基处理技术规范》表6.2.8得：α=0.8106，β=6.6416*10-7；
已知T=150d，故得ΣΔP=140.4kPa，总荷载下的地基平均固结度Ut=95%。
（2）软土层的剪切计算：
填土极限高度Hc=5.52*Cu/γ，取γ=18 kN/m3、Cu = 10kPa，得Hc=3.07m；
计算标高0.5米处原状软土的压应力：σ1=12kPa（鱼塘内），σ2=27 kPa（鱼塘外）；
第一级加载：铺粗砂垫层1.2米厚，分层平铺，分层的厚度控制在300～400，不得集中堆载，按不利情况下的0.6米高度计算压应力σ=10.8kPa，未超过原状软土的压应力，不致引起软土层的剪切破坏。
（3）地基竖向变形量计算：
淤泥层中部的自重应力P=156.45kPa，孔隙比e0=0.48，自重应力与附加应力之和：P+Δz=298.85 kPa；
孔隙比 e1 = 0.40，根據《规范》P19页（5.2.12）式，最终变形量sf =ξ*h*( e0- e1)/(1+ e0)=1.47 米；
取ξ=1.3，因h=21、sf=1.47米、Ut=0.95，故变形量s=sf*Ut=1.40米。
五、地基排水固结设计
1．地基排水固结设计
场地排水固结设计由两个系统组成，一是排水系统，二是加载系统。
（1）排水系统
设置排水系统主要在于改变软弱地基原有的排水边界条件，改善和增加孔隙水的排出途径，缩短排水距离，达到排水固结的目的。系统的设置有：
水平排水体：本设计要求先将鱼塘抽水及清淤后，再回填，平整场地面设计坡度为3‰，以尽量改善盲沟排水条件。然后人工铺设排水粗砂垫层，厚度为1.2m。
竖向排水体：采用塑料排水板作为竖向排水体。插板距离为1.0m，以正方形网络布置。排水板穿透淤泥软弱土层，塑料排水板≥15m，采用B型板。
辅助排水体：场地排水粗砂垫层内（离场地平整面约（0.2～0.3m）设置排水盲沟，盲沟呈方形网络布置，纵横相隔约20～25m，由场地脊线分别向两侧方向按3‰坡度排水，并由主盲沟汇水至集水井，最后由电动抽水泵将水抽出站外排水渠。
（2）加载系统
本工程场地平整的标高为5.80m，此标高以下的填砂为工程本身所必须的回填砂，厚度5.30m，考虑施工期预压固结沉降约1.20m，预加填砂厚度为1.20m，以上两部分填砂总厚度为6.50m，均属预压堆载，另外在填土完成后，在其上部做挡水围堰，将站区对称的分为四个区域，然后均匀对称的注水，水厚度达到1.80米即可，达到一定时间将水外泻，同时拆除围堰，除水为临时荷载外，其他堆载均是永久性荷载，对软基预压排水固结而言均为预压加载系统。
在施工加载过程中，任何时刻作用于地基的荷载不得超过地基的极限荷载，避免因荷载增大导致软弱土体的剪切破坏以至地基失稳。所以施加较大荷载时必须分级，并按设计要求控制加载速率和预压时间，使之与地基强度增长相适应，待前一级荷载作用下达到相应的固结度，并基本稳定后，再施加下一级荷载。本工程场地分三组加载至设计高度。
2．沉降固结计算结果
根据上述计算，最终的地基竖向变形量约为1.4米。本次的固结时间按150天考虑，固结度约为85～90%，施工结束后的地基竖向变形量约为1.2米。
参考文献
[1] 《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002 [S].
[2] 《建筑地基处理技术规范》DBJ 15-38-2005 [S].
[3] 《塑料排水板施工规程》JTJ/T256-96 [S].
[4] 《电力工程地基处理技术规定》DL/T5024-2005 [S].
[5]高大钊．土力学与基础工程[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1998.