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变电站设备基础沉降优化处理方案的应用研究

2024-12-17 63 上传者：管理员

摘要：某220 kV变电站因极端天气洪水浸泡，导致110 kV副母管母支架基础不均匀沉降。经与传统处理方式比较，提出可调基础的优化处理方案。工程实施表明，该方案不但比传统处理方式缩短时间，还能减少电气设备的停电次数，理想情况下可以带电纠偏；对可能发生的后续沉降，还能通过调整装置调节处理，毋须再次施工加固。

关键词：
不均匀沉降
变电站
可调基础
基础沉降
支架倾斜
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近年来，随着我国城市建设的加快，受电网内外部种种因素的影响，各地变电站地基沉降问题频发。外部因素主要有变电站外围造房打桩，雨水不断，极端天气洪水浸泡等；内部因素主要有因工期紧迫导致土建施工周期不合理，软土地基回填不到位、夯土不实等。这些因素的偶合作用，往往引起变电站地基不均匀沉降，造成房子墙体开裂，电缆层、电缆沟下沉，设备基础倾斜，开关柜不能拉出，二次屏柜变形，电气设备引线拉紧等，严重威胁着变电站的安全稳定运行。

针对变电站地基沉降问题，已有相关学者进行了种种分析和研究，但基本都围绕针对沉降原因如何进行处理，或如何开展监测、预测分析[1-3]等。少有学者探索针对地基沉降，既能纠偏加固，又能减少施工及停电时间的优化处理方案。特别是可调节基础在变电站设备基础加固纠偏中的应用，经中国知网、维普期刊等数据库查询未见报道。本文试图结合工程实例，对地基沉降比较严重的典型情况———设备基础倾斜，提出一种新型的优化解决方案，即可调基础方案。

1、变电站设备基础沉降概况

某220 kV变电站发生110 kV副母管母支架倾斜。

1.1 支架倾斜情况

1)110 kV管母支架基础倾斜导致杆段倾斜，上部两相绝缘子底部已开裂，如图1所示。根据与周围基础目测比对和仪器观测，该区域场地整体沉降20 cm左右，支架基础电缆沟一侧降低，另一侧明显抬高，杆段底部中心相对沉降不明显。初步判断支架基础整体以桩基为中心倾斜。

图1 110 kV管母支架上部绝缘子底部开裂

2）根据现场勘查，电缆沟一侧以管母支架基础作为沟壁，有一档电缆支架安装在沟壁上，电缆沟压顶直接浇筑于沟壁上，两端已开裂。根据施工图要求，电缆沟与基础相碰时应预留沉降缝，沉降缝处设PVC挤塑板。

根据现场开挖，该处电缆沟底板下部与场地原土已有约5 cm的空隙，电缆沟壁与基础间设有缝，电缆沟底板与基础间未设缝，整体未形成沉降缝。

1.2 支架倾斜原因分析

该变电站处于软土地区，投运第二年曾进行沉降排查，当时并未发现有明显沉降情况。上一年因受台风影响，整个城区受淹，变电站受淹水位约高出场地50 cm。根据施工图阶段地质勘探的水文情况，变电站地下水位埋深在0.5～1.5 m，地下水位随季节变化幅度不大，一般年水位变幅在0.5 m左右。上一年水淹期间，变电站相当于增加了5 kN/m2的水压荷载，持续时间约1周。根据现场勘查，目前整个场地沉降20 cm左右。

因变电站场地整体沉降明显，导致以下情况：

1）场地内未采用桩基处理的电缆沟、道路等均产生沉降；

2）受沉降影响，副母管母支架桩基承台底面可能与场地原土脱开。

电缆沟沉降对周边相碰的基础产生下拉力，在正常设置电缆沟沉降缝的情况下，该下拉力仅为基础范围内的侧壁电缆、压顶及盖板的重力。假如沉降缝设置不到位，相当于一段区域的电缆沟下沉对基础产生了下拉力，且远大于基础范围内的电缆沟下拉力；基础承台与桩顶连接处如果还存在缺陷或桩偏位过大的情况，则使基础单侧受电缆沟下拉力发生倾斜。

2、加固纠偏处理方案研究

本次110kV副母管母支架倾斜处理的基本目标如下。

纠正110 kV杆段倾斜，更换受损绝缘子；电缆沟底板与管母基础脱开，设置沉降缝；处理110 kV管母承台与桩基连接的缺陷隐患；处理方案兼顾基础可能存在的后续沉降问题。

因受场地电缆沟、两侧间隔和上部管母限制，针对本次基础沉降特点，可能适用的传统处理方案有：①拆除新建；②混凝土浇筑加固；③注浆加固。另外，考虑到变电站距上次洪水浸泡时间并不长，可能还会继续沉降，我们尝试一种可调节基础的优化处理方案。

2.1 处理方案分析

2.1.1 传统处理方案

拆除新建。本方案对倾斜的基础及杆段考虑拆除新建，采用C50混凝土并掺加早强剂，杆段采用钢管杆，地脚螺栓连接。

本方案施工关键工序：①管母做好临时支护，拆除上部绝缘子及杆段；②基础拆除，与电缆沟壁重合部分切割保留，电缆沟做好支护。

需关注的问题：①经核算，上部管母悬挑8 m的挠度约30 cm，在拆除和新建期间必须采用临时支撑；②由于电缆沟处电缆支架直接安装于基础壁上，电缆需临时移位或采取保护措施；③施工期间对两侧间隔运行也存在一定的安全风险。

混凝土浇筑加固。本方案首先将电缆沟与基础切割脱开，然后挖除倾斜的基础周边回填土，将倾斜的管母基础机械纠偏，在基础周围（基础底部以下50 cm、基础四周30 cm）浇筑混凝土，采用C50混凝土掺早强剂，修复基础与桩基可能受损的连接点。基础加固如图2所示，混凝土先后从中间往两侧浇筑。沉降缝设置最佳位置是将电缆移开，沿基础周边切开。

图2 管母支架基础加固方案

本方案施工关键工序：①做好杆段及上部管母临时支撑，拆除绝缘子；②挖除基础三侧回填土，基底以下再下挖0.5 m深；③杆段拉至原位，浇筑加固混凝土；④安装新绝缘子。

需关注的问题：①基础一侧电缆沟电缆支架直接安装于基础壁上，开挖时存在影响，需要临时移位或采取保护措施；②开挖深度达到2 m；③杆段和上部管母需要临时支护，防止基础开挖时基础及杆段倾斜。

注浆加固。本方案将倾斜的管母基础机械纠偏，在基础周围和底部进行混凝土注浆，水泥浆中掺水玻璃。

需关注的问题：①注浆仅能对基础底部和周围空隙进行处理，不能有效处理基础承台与桩基的连接缺陷，后期可能由于场地进一步沉降产生倾斜；②电缆沟处注浆封闭较困难。

2.1.2 优化处理方案———可调基础方案

本方案将电缆沟与基础脱开，挖除基础周边回填土，在基础下部两侧各制作2个承台墩（前后左右共4个。承台墩的制作有多种方案，详见3.1），在基础上部两侧用钢筋延伸各制作2个钢混调整墩（前后左右共4个），在承台墩与调整墩之间安装升降调整装置（共4套），如图3所示。承台与调整台形成分离的2部分，整套装置安装调试后，利用调整装置将倾斜的管母支架纠偏至正常位置（详见下第3节）。

本方案考虑不久前整个变电站受洪水浸泡，地基沉降可能还未处于稳定，增加了前后左右4套调整装置，上下分别均可调节的思路。

本方案施工关键工序：①挖除基础周边回填土；②制作承台墩、钢混调整墩；③安装、调试升降调整装置；④管母支架纠偏、安装新绝缘子。

需关注的问题：①钢混调整墩制作时，因钻孔较多，可能会对原基础产生一定的影响，视情况可采用碳纤维等材料适当补强；②为保证施工期间的安全，施工前需先对倾斜支架作好防倾倒安全措施。

图3 承台墩与原基础钢筋联接的可调基础

2.2 处理方案比较

每个方案都有相应的优缺点，但目标方案首要条件是满足电网的特殊要求：①安全风险小或风险可控；②停电时间短，停电次数少；③处理尽量彻底。方案的最终选择，应综合考虑以上3点。从表1可见，优化方案即可调基础方案，安全风险可控，处理彻底，工期最短，且仅停电一次，在四者之中最符合上述目标。

表1 各处理方案的优缺点比较

3、可调基础的应用

本纠偏工程采用可调基础方案。因承台是后续纠偏处理的主要支撑点，这一方案的最关键工序就是承台的制作。

3.1 承台制作安装方案研究

按目前地基基础施工技术，承台的制作安装方式主要有以下3种。

3.1.1 注浆方式

注浆方式即在承台墩与原管桩间注入混凝土水泥浆，水泥浆中掺加水玻璃，待水泥浆硬化固结后承台墩与原管桩便胶结于一起，形成承台，如图4所示。这种安装方式简单实用，承台制作时毋须停电，但承台的载荷能力小于以下2种。

图4 承台以注浆方式安装的可调基础

3.1.2 锚杆静压桩方式

即在每个承台墩下面打入一小管形桩，如图5所示，可采用锚杆静压的方式成桩，管桩顶部与承台墩钢筋联接后形成承台。这种成桩方式无震动、无噪声、场地占用少，对周边影响小，安全性好，毋须停电，且载荷能力强。

图5 承台以锚杆静压桩安装的可调基础

3.1.3 与原基础钢筋联接方式

与调整墩的制作方式类似，采用在原基础下部两侧钻孔，伸入钢筋相连的方式制作钢混承台墩（共4个）。在调整墩与承台墩之间安装镙杆调节装置，调整锁定调节装置后，将原基础在承台墩与调整墩之间水平切割分离，分别形成了下半部的承台与上半部的调整台，如图3所示。这种承台的制作方式不需要停电，但对安装人员的技术要求相对较高。另外，这种可调基础的制作方式要求原基础与管桩顶端并未完全脱开，而是仍以钢筋相连（若有脱开等缺陷，也可采取注浆等方式修复）。

工程实施中，上述3种方式究竟采用哪一种，可根据现场条件和基础开挖情况确定。

3.2 工程实施

本工程承台墩的制作采用与原基础钢筋联接方式，图6是正在施工中的可调基础。

图6 正在施工中的可调基础

工程实施中的关键工序：

1）挖除基础周边回填土，做好防基础倾斜安全支护措施；

2）基础与电缆沟壁联接部分垂直静态切割，基础侧面碳纤维加固；

3）钢混承台墩制作（共4组），钢混调整墩制作（共4 组）；

4）调整锁定装置制作、安装、调试（共4套）；

5）承台、调整台上下水平切割分离；

6）利用调整装置，对支架倾斜和垂直状态进行调整，更换上部损坏的支撑绝缘子；

7）调整装置防腐保护。

本次工程实施有条不紊，安全可控。工程从施工队伍进场至支架基础加固纠偏完毕仅耗时10 d。最后一天停电1次，从工作票许可到处理完成仅2 h。4个钢混承台墩与4个钢混调整墩的制作是在原基础两侧面钻孔插入钢筋，连接延伸后浇筑混凝土而成，事先用碳纤维加固。承台与调整台分别由钢混承台墩与原基础相连部分，钢混调整墩与原基础相连部分，水平分割而成，分离切割前应通过调整装置连接牢固后锁定，以防失控。后续支架纠偏分别调节4个调整装置的镙杆行程即可。

4、结束语

本工程采用了不同于传统处理方式的优化处理方案———可调基础方案，至今已正常运行多年，其稳定性经受住了时间的检验。

1）本工程如采用传统处理方案至少需停电2次，而采用可调基础方案最多只要停电一次，理想情况下还能带电处理，且施工时间更短。

2）如果后续地基沉降尚未稳定，该基础再次发生倾斜，仅需调节调整装置中的镙杆行程即可纠偏，毋须再次施工和停电。

3）应用可调基础加固纠偏思路，还能扩大到类似变电站的其他设备基础，具有很大的应用推广价值。

参考文献:

[1]贺修安,柴平稳,王丁浩.某特高压变电站基础沉降原因分析及加固设计[J].山西建筑,2022,48(13):91-95.

[2]陈庆伟,杨臻,谢丹,等.软土地基变电站沉降监测与预测分析[J].广东电力,2022,35(3):124-131.

[3]金龙飞,金涌川,王汀,等.变电站回填施工与不均匀沉降关系研究[J].东北电力技术,2021,42(8):41-44.

文章来源:严倚天,童谣,沈红源,等.变电站设备基础沉降优化处理方案的应用研究[J].科技创新与应用,2024,14(35):163-166.