变电站竖向布置设计

一、主要任务

竖向布置是变电站总布置设计中一个重要组成部分,主要任务有:改造建设场地的自然然地形,对场地的地面高程进行坚直方向的规划设计。选择适宜的场地标高和坡度.使改造后的场地能适应和满足变电站电气设备布置，各项建构筑物的修建需要,有利于地面雨水的迅速排除,并满足电气生产工艺、交通运输道路及地上地下管线敷设要求,为建构筑物基础和地下管线的埋深能充分利用良的工程地质创造有利条件,同时应力求土石方和人工支护、护坡工程量最少,填挖方量平衡.达到节约投资、加快工程项目建设进度的目的。

二、设计内容

竖向布置的主要设计内容有以下几个方面:

1 )考虑洪水水位或内涝水位对站址的影响及相应的防洪处理方案,使站址不受洪水水位或内涝水位影响。

2)考虑进站道路、站内道路的标高及坡度,使其满足工艺布置、交通运输及运行检修要求。

3 )根据自然地形条件,确定合理的坚向布置方式(平坡式、阶梯式、混合式)。

4 ) 确定合理的站区场地排水方式,使地面雨水迅速排除。

5)确定合理的站区场地平整设计标高,使土石方工程量最少。

三、竖向布置方式

竖向布置设计中应综合考虑洪水水位、自然地形、工艺要求、站区总平面布置格局、交通运输、雨水排放、土(石)方工程量等因素。竖向布置方式一般有3种:平坡式、阶梯式和混合式。3种竖向布置方式各有特点:

1 )平坡式竖向布置。不同场地之间的交通联系及设备吊装检修方便,此种布置方式在地势较为平坦区域最为常见,但在自然地形变化较大的区域, 土(石)方、挡土墙、护坡工程量及用地面积较大。

2)阶梯式竖向布置。站区自然地形坡度在5%-8% ,且原地形有明显的坡度时,站区竖向布置宜采用阶梯式布置。阶梯式布置有利于节省土(石) 方工程量及用地面积,但站内衔接处需设挡土墙, 合阶之间交通联系及管线敷设条件较差,配电装置场地中设备吊装检修不便。

3)混合式竖向布置。混合式布置又分为平坡+斜坡布置方式及平坡+台阶布置方式。混合式能有效节省土方工程量和用地面积,不同场地间的交通联系方便,管线敷设及配电装置场地中设各吊装、检修方便 。

阶梯式和混合式竖向布置方式应满足工艺及站区建(构)筑物的布置要求,便于运行、检修、设各运输和管沟敷设,并尽量保持原有地形 。

在平原地区,地势较为平坦,竖向布置一般采用平坡式布置,而在山区,自然地形变化较大,综合考虑土(石)方、挡土墙及护坡工程量等因素,竖向布置可考虑采用阶梯式或混合式布置方式。

在自然地形变化较大的情况下,阶梯式布置比平坡式布置土(石)方工程量更省。

需要注意的是,阶梯式竖向布置重点在于台阶的划分和台阶高差的确定,台阶的划分遵循以下原则.

1)按生产区划分合阶,这样便于生产、运输和管线敷设。对于变电站来说,一般按户外配电装置场地等分为2-3个合阶。

2)台阶纵轴顺应等高线布置,台阶之间的连接处注意地质条件是否满足要求;对于变电站来说应分别保证进线及出线架构位于同一个高程的台阶内,以满足电气设各安装和运行安全。

3)合阶数量、宽度及高度应适当。在台阶式布置中,台阶宽度及高度是决定场地土方量及整体经济效益的重要因素,对于台阶的宽度及高度的确定以定性和定量结合的方法,以填挖方平衡且土方总量最小为目标,寻求满足规范及经验要求,同时又使填挖方平衡且土方总量最小的台阶高度及宽度。

混合式竖向布置能有效的减少站区土(石)方、挡土墙及护坡的工程量,减少站外征地面积,从而减低工程造价,减少建站对周边环境的影响,对建设“资源节约型、环境友好型”变电站具有很好的经济实践意义。

四、布置要求

4.1一般规定

4.1.1变电站的站区场地设计标高应根据变电站的电压等级确定。洪水水位是变电站场地设计标高确定的先决条件。220kV 枢纽变电站及 220kV 以上电压等级的变电站， 站区场地设计标高应高于频率为 1%(重现期， 下同) 的洪水水位或历史最高内涝水位; 其他电压等级的变电站站区场地设计标高应高于频率为 2%的洪水水位或历史最高内涝水位。 当站区场地设计标高不能满足上述要求时， 可区别不同的情况分别采取以下三种不同的措施：

1)对场地标高采取措施时， 场地设计标高应不低于洪水水位或历史最高内涝水位。

2)对站区采取防洪或防涝措施时，防洪或防涝设施标高应高于上述洪水水位或历史最高内涝水位标高 0.5m。

3)采取可靠措施， 使主要设备底座和生产建筑物室内地坪标高不低于上述高水位。 沿江、 河、 湖、 海等受风浪影响的变电站， 防洪设施标高还应考虑频率为 2%的风浪高和 0.5m 的安全超高。

在变电站竖向设计中,当站区场地不满足洪水水位或内涝水位要求时,一般采取外购土(石)方垫高站址方案,或在站址周边修改防洪提(渠)方案。

4.1.2变电站站内场地设计标高宜高于或局部高于站外自然地面，以满足站区场地排水要求。

4.1.3站区竖向布置应合理利用自然地形， 根据工艺要求、站区总平面布置格局、 交通运输、 雨水排放方向及排水点、 土(石) 方平衡等综合考虑， 因地制宜确定竖向布置形式， 尽量减小边坡用地、 场地平整土(石) 方量、 挡土墙及护坡等工程量，并使场地排水路径短而顺畅。

1)站区竖向布置一般应考虑站内外(包括进站道路、基槽余土、防排洪设施等) 挖填土(石) 方综合平衡的前提下， 宜使站区场地平整土(石) 方量最小。

2)山区、丘陵地区变电站的竖向布置，在满足工艺要求的前提下应合理利用地形，适当采用阶梯式布置，尽量避免深挖高填并确保边坡的稳定。

4.1.4位于膨胀土地区的变电站，其竖向设计宜保持自然地形，避免大挖大填; 位于湿陷性黄土地区的山前斜坡地带的变电站， 站区宜尽量沿自然等高线布置，填方厚度不宜过大。

4.1.5扩建、改建变电站的竖向布置，应与原有站区竖向布置相协调，并充分利用原有的排水设施。

4.2设计标高的确定

4.2.1变电站建筑物室内地坪应根据站区竖向布置形式、工艺要求、场地排水和土质条件等因素综合确定。

1)建筑物室内地坪应不低于室外地坪 0.3m。

2)在湿陷性黄土地区，多层建筑的室内地坪应高出室外地地坪 0.45m。

4.2.2场地设计综合坡度应根据自然地形、 工艺布置(主要是户外配电装置形式)、土质条件、排水方式和道路纵坡等因素综合确定，宜为 0.5%～2%，有可靠排水措施时，可小于 0.5%，但应大于 0.3%。局部最大坡度不宜大于6%，必要时宜有防冲刷措施。 户外配电装置平行于母线方向的场地设计坡度不宜大于 1%。

4.2.3站内外道路连接点标高的确定应便于行车和排水。站区出入口的路面标高宜高于站外路面标高。否则，应有防止雨水流入站内的措施。

4. 3边坡及挡土墙

4.3.1站区自然地形坡度在 5%～8%以上，且原地形有明显的坡度时，站区竖向布置宜采用阶梯式布置(大型变电站场地面积大，宜取下限值，反之取上限值)。

4.3.2阶梯的划分应满足工艺和建(构)筑物的布置要求，便于运行、检 修、 设备运输和管沟敷设， 并尽量保持原有地形。 台阶的长边宜平行自然等高线布置，并宜减少台阶的数量。

4.3.3 边坡坡度应按岩土的自然稳定倾角确定，坡面应作护面处理，坡脚宜设排水沟; 挡土墙墙背应做好防排水措施， 在泄水孔进水侧应设置反滤层或反滤包。 位于膨胀土地区的挡土墙高度不宜大于 3m。

4.3.4台阶坡顶至建(构)筑物的距离，应考虑建(构)筑物基础侧压力对边坡、 挡墙的影响。 位于稳定土坡坡顶上的建筑， 当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于 3m 时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离 a(见图4)应符合式(4−1)和式(4 −2)的要求，但不得小于 2.5m。

当基础底面外边缘线至坡顶的水平距离不满足式(4− 1) 和式(4−2)的要求时，可根据基底平均压力按 GB 50007《建筑地基基础设计规范》的规定确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋深。当边坡坡角大于 45°、坡高大于 8m 时，应按 GB 50007《建筑地基基础设计规范》中的规定验算坡体稳定性。坡顶至建(构)筑物的距离，应考虑工艺布置、交通运输、电缆竖井等要求。最小宽度应满足建筑物的散水、开挖基槽对边坡或挡土墙的稳定性要求，以及排水明沟的布置，且不应小于 2m。膨胀土地区布置在挖方地段的建(构) 筑物外墙至坡脚支挡结构的净距离不应小于 3m。填方区围墙基础底面外边缘线至坡顶线的水平距离可采用 1.5m～2m。

4.3.5坡脚至雨水明沟之间，对砂土、黄土、易风化的岩石或其他不良土质， 应设明沟平台， 其宽度宜为 0.4m～1.0m， 如边坡高度低于 1m 或已作加固处理，可不设平台。

4.3.6场地挖方坡率允许值应根据工程地质勘察报告中描述的地质条件和设计边坡高度确定。

1)土质开挖边坡的坡率允许值应根据经验，按工程类比的原则并结合已有稳定边坡的坡率值分析确定。 当无经验， 且土质均匀良好、 地下水贫乏、 无不良地质现象和地质环境条件简单时，可按下表确定(表4.3.6−1)。

2)在边坡保持整体稳定的条件下，岩质边坡开挖的坡率允许值应根据实际经验， 按工程类比的原则并结合已有稳定边坡的坡率值分析确定。 对无外倾软弱结构面的岩质边坡，其边坡坡率允许值可按下表确定(表4.3.6−1)。

4.3.7 填方区压实填土的边坡允许值，应根据其厚度、填料性质等因素，并结合地区经验，按下表 的数值确定。

4.3.8下列边坡的坡率允许值应通过稳定性分析计算确定：

1)坡高超过表4.3.6−1 和表4.3.6−2 范围的边坡。

2)土质较软的边坡。

3)坡顶边缘附近有较大荷载的边坡。

4)地下水比较发育或有外倾软弱结构面的岩质边坡。

5)边坡下有不良地质条件的边坡。

4.3.9当边坡表层有积水湿地、地下水渗出或地下水露头时，应根据实际情况设置相应的导排水措施。

4.4场地排水

4.4.1场地排水应根据站区地形、地区降雨量、土质类别、站区竖向及道路布置，合理选择排水方式，宜采用地面自然散流渗排、雨水明沟、暗沟(管)或混合排水方式。

4.4.2户外配电装置场地排水应畅通，对被高出地面的电缆沟、巡视小道拦截的雨水，宜采用排水渡槽或设置雨水口并敷设雨水下水道方式排除。

4.4.3采用雨水明沟排水时，排水明沟宜沿道路布置，并应减少交叉，当必须交叉时宜为正交， 斜交时交叉角不应小于 45°。 明沟宜作护面处理。 明沟断面及形式应根据水力计算确定。 明沟起点深度不应小于 0.2m， 明沟纵坡宜与道路纵坡一致且不宜小于 0.3%，湿陷性黄土地区不应小于 0.5%。当明沟纵坡较大时，应设置跌水或急流槽，其位置不宜设在明沟转弯处。

4.4.4当采用雨水下水道排水系统时，雨水口应位于汇水集中的地段，雨水口形式、 数量和布置应按汇水面积范围内的流量、 雨水口的泄水能力、 道路纵坡、路面种类等因素确定。雨水口间距宜为 20m～50m，当道路纵坡大于 2%时，雨水口间距可大于 50m;当道路交叉口为最低标高时，应增设雨水口。

4.4.5当采用部分散流排水时，仅在排水侧围墙下部留有足够的排水孔，排水孔宜设防护网， 多雨地区在设有排水孔的站外侧尚应有妥善的排水和防冲刷设施。

4.4.6山区变电站挡土墙或边坡坡顶应根据需要设置有截水沟或泄洪沟(见下图)。截水沟至坡顶的距离不应小于 2m，当土质良好、边坡较低或对截水沟加固时，该距离可适当减少。截水沟不应穿越站区。

4.4.7挖方区有汇水面积时坡脚宜设截水沟。

4.4.8站区雨水宜自流排放，当无条件自流时应设雨水泵房采用强排水。

4.5土(石)方工程

4.5.1站区土(石)方量宜达到挖、填方总量基本平衡，其内容包括：站区场地平整、建(构)筑物基础及地下设施基槽余土、站内外道路、 防排洪设施等的土(石)方工程量。当进站道路较长时，应首先考虑自身的土方平衡，尽量避免和减少土方的二次倒运。当站区土(石) 方量受条件限制不能平衡时，应选择合理的弃土或取土场地，并应考虑复土还田的可能性。位于山区和丘陵地区的变电站， 当出现土方和石方时应分别计列并列出土石比例。

4.5.2站区场地平整地表土处理应符合下列要求：

1)站区场地表土为耕植土或淤泥，有机质含量大于 5%时，必须先挖除后再进行回填。该层地表土宜集中堆放， 覆盖于站区地表用作绿化或复土造田，可计入土方工程量。

2)当填方区地表土土质较好， 有机质含量小于 5%时， 应将地表土碾压(夯)密实后再进行回填。

4.5.3场地平整填料的质量应符合有关规范要求，填方应分层碾压密实，分层厚度为 300mm 左右，场平压实系数不小于 0.94。 湿陷性黄土场地，在建筑物周围 6m 内应平整场地，当为填方时，应分层夯(或压)实，其压实系数不得小于 0.95;当为挖方时，在自重湿陷性黄土场地，表面夯(或压)实后宜设置 150mm～300mm 厚的灰土面层，其压实系数不得小于0.95。

4.5.4站区场地平整范围，当挡土墙兼做围墙基础时，以站区围墙为界;当站外设置边坡时，应分别平整至挖方坡顶和填方坡脚。

4.5.5 土(石)方挖方应考虑松散系数，松散系数应通过现场试验确定。

4.5.6土方填方应考虑场地地表耕植土压实后的压缩系数，其计算厚度一般为300mm～500mm，压缩系数应通过现场试验确定。

4.5.7在湿陷性黄土地区，填方应考虑黄土压实后的压缩系数，可根据现场试验或工程经验确定。

4.6进站道路

站址所在区域的自然地形对进站道路的修建影响较大,变电站的进站道路应满足坡度和大件运输转弯半径的要求,一般地区最小转弯半径不小于15m, 山岭重丘为30m,平原微丘为100m。最大限制纵向坡度应能满足大件设备运输的爬坡要求,一般为6%,在山岭、重丘区,四级厂房道路的最大纵向坡度可增加1%,最大允许纵向坡度为10%。

在平原地区,进站道路对站区场地的设计标高影响较弱,进站道路纵向坡度一般较平缓;山区和丘陵地形则影响较大,进站道路的转弯半径、纵向坡度则直接影响到进站道路的长度、站址的最终定位以及站区场地的设计标高。如站址所在区域地势变化较大,排除洪水水位的先决因素,在考虑进站道路的最大允许纵向坡度的情况下,变电站站址的定位及站区场地的设计标高可能会取決于进站道路因素,变电站也会因此无法按挖、填方总量基本平衡的原则确定场地设计标高。

在实际工程中,如出现变电站只能按最大允许纵向坡度确定站区场地设计标高的情况,可能由此导致变电站总土(石)方、挡土墙及护坡工程量、征地面积等相应增大,造成整个变电站土建建设费用比例较大,增大项目投资,在地形较复杂的山区、丘陵地区,站址选择应充分考虑进站道路的允许坡度问题,避免出现因进站道路允许坡度问题颠覆站址情况,造成不必要的人力物力浪费。