概述变电所土建合理化设计

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摘要：本文从可研、初设、施设、施工实际情况四个方面概述变电所土建合理化设计的重点及方法。概述不同阶段优化内容及重点，通过不同阶段循序渐进优化，达到最终降低工程造价的目的。

　　关键词：可研 初设 施设 施工 合理方法概述：随着我国经济持续稳定的发展，电力建设也取得前所未有的发展。通过大量的工程设计实践，设计经验和设计水平得到了前所未有的发展，但设计出经济、先进、安全、实用的工程仍是每个设计者需要思考的问题。本文作者分四个阶段概述合理化设计个人的观点，对各阶段观点详细论述，有待进一步收集具体数据及相关资料后论述。

　　（一）可行性研究阶段

　　可行性研究阶段重点从占地面积、所址位置、拆迁、地基及地下隐蔽设施等方面考虑，确定最终站址位置。

　　（1）占地面积

　　一般情况出线回数和主变数量为合理布置规模的决定性因素，合理调整室外配电装置场地与建构物之间的关系，同时采用先进设备及工艺布置方式，向空间发展，能有效减少占地面积。建筑物在满足使用功能条件下，尽量合并为一栋综合楼，减少占地面积，相应附属的挡土墙、围墙、场地平整费用也降低。通过对多个户外220KV站布置技术经济分析，仅从土建造价比较，采用两台主变压器，220KV出线间隔在7~8个，110KV出线间隔在13~15个，110KV与220KV对称布置，占地面积小。若采用3台主变压器，220KV出线间隔8~15个，110KV出线间隔在18~20个，110KV与220KV对称布置，占地面积小。因此，要求前期科研设计人员，必须做出科学的规划，主变数量应和出线间隔成比例，以上仅为个人观点，仅供参考。重庆市郊某变电所，220KV和110KV开关场地对称布置，中部为主变和功能建筑，建筑侧立面采用防火墙，主变位于两建筑物之间。占地面积仅为20多亩。

　　（2）所址位置的选择

　　所址应结合规划部门和国土部门的要求，同时应靠近负荷中心，选择地形平坦、道路连接短、拆迁量少、能直接利用水源、市政设施的区域，对高差较过大的地形应尽量避开。在平原地区，站址位置不同，场地平整费用影响较小；对于丘陵山沟地区，场地平整费用对整体造价影响特别大。利用市政设施可以节约给排水及消防设施费用和职工配套设施费，节约进站公路费用等（该笔费用不容忽视）。作者曾做某220KV站施工设计，由于该站在选址阶段考虑不周，站址选在两座小山堡之间，中间为一条冲积沟，最大高差接近30米，该站址经过本人多次优化，采用三个阶梯设计，最终土石方挖方量也8万立方米，条石挡土墙量约约6000立方米。而最近设计的某220KV站可行性报告，该站址在选址阶段经过充分考虑，站址位置比较平坦，最大高差约4米，经过优化后场地平整挖填方与挡土墙与平原地区相同，仅基础及管沟开挖土石方量满足场平填方区，其余土就近平场，条石挡土墙量仅600立方米。以上两例仅从土石方开挖场平和挡土墙费用比较，可以看出选站址对造价的重要性。

　　（3）拆迁和经济作物或林木赔偿

　　所址位置确定后，必须收集当地土地征用费、拆迁赔偿费、建筑材料供应情况。选择所址位置尽量少占经济农田或经济林木，尽量不拆迁房屋或搬迁线路或坟墓。必要时采用总平面局部切角、平移、旋转等减少赔偿费用，降低总体造价。

　　（4）地基处理及地下隐蔽设施

　　可研阶段应了解地下情况，是否位于高回填区或滑坡地段、地下有无防空洞、主要管道等，可以减少不必要地基处理和搬迁费用。

　　某110KV户内站在可研阶段发现地下回填土厚度达15米，全部为开挖乱石回填，土层密实度较差，不能作为主要建筑物持力层，处理费用高大150万，同时地下埋藏有直径1.2米主污水管道，搬迁费用高大60万，设计确定重新选址。

　　可研阶段主要从上述四方面考虑，可以确定合理的站址位置，达到节约造价目的。

　　（二）初步设计阶段

　　初步阶段设计，主要对确定站址位置从总平面及竖向布置及挖填方量、挡土墙、边坡、建筑、基础、道路、上下水等不同设计方案比较后提供经济合理的方案，确定站址最终征地面积，一般要求设计三个方案比较合理。

　　（1）总平面布置

　　主要从进出线、道路接口、排水接口、安全距离、消防、运输方面进行优化。根据规范、规程对已确定规模的各建构筑物合理布置，尽量合并共用设施，减少道路占地面积，尽量向空中发展，使平面布置更加紧凑，节约用地。例如：电容器室和配电室合建为一字型，可以取消消防间距。配电室、电容器室、控制室合为一体，减少占地，也无须考虑建筑物之间消防间距。例如：重庆市郊区某220KV变电所，扩建时充分进行平面优化，控制楼两侧为两台主变，背后为一字型10KV配电室和电容器室，布置紧凑合理，110KV户外配电装置采用半高型布置，向空间发展，节约土地约5亩。

　　（2）竖向布置

　　无论平坡式还是阶梯式布置，必须尽量利用原有地形，场地平整挖填方小，减少不必要的开挖量。根据所址位置地形高差大小，确定采用阶梯形或平坡式布置，降低平整场地和基础费用，设计中应考虑基坑开挖土石方及边坡和挡土墙开挖量。阶梯式布置两平面高差最好不大于3.5米，便于满足站内道路连接坡度。重庆市江北某220KV变电站，原地形高差近30米，采用阶梯式布置，两平面最大高差3.0米，共分三个平面，两个平面取2%坡度，一个平面采用双向坡度，大大节约挡土墙和挖填方量，降低工程造价。

　　对于地形较平坦的站址，采用平坡式设计，坡度尽量与原地形一致，但坡度不小于0.5%，考虑场地排水。某郊县220KV变电站，场地平坦，采用平坡式设计，经多次软件调式计算，优化坡度，挖方量不足50立方米，大部分用基坑土回填。

　　（3）挡土墙

　　挖填方量变化微小的条件下，挡土墙高度越小越好，高度低于6.0米挡土墙是比较经济节约，高度超过8.0米，一般采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙。经过平面和竖向优化后，挡土墙高度一般也较为优化，根据不同地质条件和用途选择不同断面形式。挖方区高度不超过5米，尽量采用挖方区挡土墙，减少边坡开挖和占地。此处不在举例。

　　（4）边坡

　　开挖高度6米以内做边坡不经济，因为假若按1：1放边坡，多增加征地面积为6平方米/米，同时增加挖方量约18立方米/米，还需做护坡，经比较采用挖方区条石挡土墙经济合理。高度大于7米以上，适宜采用放边坡，挡土墙断面较大，不经济。

　　（5）建筑结构

　　根据变电站设计规模确定建筑面积，尽量在满足使用功能要求时，减少不必要的附属面积。根据现有规范，多层建筑层高超过3.6米，砖混结构已不满足抗震要求。建议电容器室、配电室、控制室等房间尽量采综合建一栋楼房比较合理，降低建筑单位面积造价，适宜采用框架结构，形成大空间，便于电气设备布置。节约占地面积。也节约房屋间消防间距面积，节约造价。

　　（6）基础

　　建构筑物基础选型时，必须结合地质情况，因地制宜，充分利用天然地基，普通条形基础在建筑物总造价中占比例为15%~20%，因此有必要对基础优化。一般情况下首先考虑利用天然地基，条形放大基础。老粘土夯实地基，位于地下水位以上考虑挖深2.5米左右，采用三七灰土或三合土人工或机械夯实，每次虚填土厚度25厘米左右，夯实至厚度为15厘米，直至基础底面。对基础埋深过大的，采用块石灌浆放大基础，减少基础埋深。承载力在150KPa的天然地基，考虑采用换填土放大基础，一般换填土采用级配卵石放大基础。对回填区填土压实系数不小于0.94，实测其承载力，直接在其上部做单层建筑物没有问题。对于多层建筑根据持力层深度大于5米采用桩基础，3~5米以内超深基础采用块石灌浆比较经济。

　　初步设计方案一般主要从上述六方面考虑，比较后推出方案基本达到优化设计目的。

　　（三）施工设计阶段

　　对初步设计审查确定的方案，按现行的规范及规程或国家标准，设备的订货尺寸，先局部后整体调整，调整原则不得超过初步设计确定原则。所有尺寸确定无误后，对初步设计估算的各建构筑物结构尺寸进行详细计算和经济比较，应按照因地制宜，就地取材原则。采用先进的技术工艺和合理的断面，选用地方的材料，减少不必要运输费用。根据地质详堪资料合理处理基础，尽量条形基础，一般基础埋深要求达到2.0米左右，超深不足3米不采用桩基础。

　　（1）总平面及竖向布置

　　总平面布置一般按初步确定原则，无须大的调整，局部可以压缩小的调整，主要针对竖向布置调整，使确定标高最优，达到场平工程量最小，挡土墙和护坡量最小。

　　（2）挡土墙及边坡

　　根据施工设计场地平整计算高程，确定合理的挡土墙断面和边坡断面，挡土墙和边坡设计应充分利用地质资料。对逆坡地质情况可以简单处理。对于顺坡地质情况可考虑护坡与挡土墙结合的形式。填方区挡土墙根据地基承载力情况，确定挡土墙材料和断面形式，地基承载力较差的地区，宜把基础放大，减少基础埋置深度。高度大于8米以上采用扶壁式挡土墙，基础尽量利用天然地基。

　　（3）建筑结构

　　建筑设计尽量与周围环境协调，满足立面和使用功能要求同时减少不必要附属建筑面积，根据设备的运行要求减小跨度压缩层高。满足规范要求同时，尽量采用砖混结构，减少钢筋混凝土框架结构。室外配电装置计算满足规范原则时尽量采用成型预制钢筋混凝土环形杆。

　　（4）基础

　　基础设计是施工设计优化的重点，熟读地质资料，尽量利用天然地基，局部超深采用块石灌浆基础，对地基较差部分采用放大基础，基础满足设备安装运行要求同时，尽量浅埋。尽量采用放大基础也不用钢筋混凝土桩基础。对于必须要用桩基础部位，应尽量采用直径300~400桩径钻孔桩，减少或不用人工挖孔桩，人工挖孔桩最小直径也要800，费用相对要高的多。

　　（四）施工

　　施工阶段加强基坑验槽工作，确保施工开挖达到设计要求地基土层，地质条件好的部位，满足规范和设备运行要求时，尽量少挖，对个别设计地基与实际不符时，应现场临时挖探坑或现场测试，能达到设计承载力时，尽量利用天然地基，不满足承载力时，采用放大基础处理或临时局部换填处理。施工回填区应要求回填土人工或机械夯实，密实度系数达到0.91~0.95之间，施工单位必须提供最终测试数据，确保地面不沉降。

　　本文作者概述变电所合理化设计主要阶段，初步论述各阶段合理化设计的要点，但每个阶段如何详细实施、具体量化指标、及相关规程基本要求等需要进一步收资后再论述。虽然设计项目实际情况千变万化，但抓住重点，仍能够达到设计预期效果。各地情况不同，要因地制宜，不能生搬硬套有关指标，必须熟悉所设计项目的工艺情况和所址地质情况，才能设计出合理化的工程。本文提供的数据及观点仅为个人经验总结，仅供参考。

作者：任亚洲