擠擴支盤樁在輸電線路工程中的應用

底尚尚， 金 濤

( 河北省電力勘測設計研究院，石家莊050031)

擠擴支盤樁是近年來新興的一種變截面新樁型，具有多層分散承載的特點。與等直徑灌注樁相比，擠擴支盤樁充分利用了物理性能良好土層的地基承載力，具備良好的抗壓和抗拔能力，能減小灌注樁樁身截面和長度，減少開挖量，縮短工期，降低工程造價。目前，擠擴支盤樁已經越來越多地應用于公路橋梁、工業廠房、高層建筑等領域，積累了一定的工程經驗，并形成了一些規程、規范。但擠擴支盤樁在高壓輸電線路中的應用尚處于起步階段，可供借鑒的工程經驗不足。

1 輸電線路桿塔基礎特點

輸電線路桿塔基礎是與桿塔結構底部直接連接并將桿塔結構所受荷載傳遞到地基中而埋設于土或巖石中的一種構筑物，通常用混凝土、鋼材制成，具有區別于一般建筑物的顯著特點。

a. 輸電線路路徑距離長、跨越區域廣、沿途地質條件復雜、地基土物理力學性質差異大，影響桿塔基礎設計的條件多。

b. 與一般建筑物的基礎有所不同，輸電線路桿塔基礎在受力上除了要承受下壓力以外，還要受到大小基本與其相等的上拔力，同時還有水平力的作用。而一般的建筑物結構自重大，基礎只承受下壓力，不出現上拔力。因此在輸電線路基礎設計時，既要利用土的耐力承受下壓力，又要利用土的重力或剪切力抵抗上拔力。

2 擠擴支盤樁介紹

2.1 機具構造

擠擴支盤樁是采用普通鉆機成孔，通過專用擠擴設備液壓對土體擠壓形成承力盤，這樣不僅加大了樁側、樁端承載面積，同時還對承力盤上下的樁周土進行了擠密加固，使其物理力學性質高于原狀土，從而增加了樁基礎的豎向承載力。擠擴支盤樁構造示意見圖1。

2.2 承載機理

因為支盤的存在，顯著地改變了灌注樁的受力特性。作用力為下壓力時，地基承載力除樁周側摩阻力外，還增加了支盤端承力；作用力為上拔力時，地基承載力同樣由樁周側摩阻力和支盤端承力構成。擠擴支盤樁的荷載傳遞示意見圖2。

圖1 擠擴支盤樁的構造示意圖

圖2 擠擴支盤樁的荷載傳遞示意

2.3 適用條件

擠擴支盤樁的承力盤應設置在可塑至硬塑的黏性土，中密至密實的粉土、砂土中，避免將承力盤設置在淤泥、淤泥質土、或流塑狀態的黏性土中。需要指出的是，由于線路地基土土層分布的復雜性，當地基土總體物理力學指標不良，但其間分布有物理力學指標較好的土層，此時將支盤設置在這些土層中，將最大程度地發揮地基土的承載力。

2.4 承載力估算

2.4.1 下壓極限承載力

基樁抗壓極限承載力標準值[1]可按下式計算

Quk=u∑qsiLi+∑ηqpjAj+ηqpAp

式中：Quk為單樁豎向抗壓極限承載力標準值，kN；u為樁身或樁根周長，m；Li為當第i層土中設置承力盤時，樁穿越第i層土折減盤高的有效厚度，m；qsi為樁側第i層土的極限側阻力標準值，kPa；Η為盤底土層極限端阻力標準值的修正系數；Ap為單樁底盤投影面積，m2；Apj為第j盤扣除樁身截面積的盤投影面積，m2；qp為底盤所在土層的極限端阻力標準值，kPa；qpj為第j個盤處土層的極限端阻力標準值，kPa。

2.4.2 上拔極限承載力

基樁抗拔極限承載力標準值[1]可按下式計算

Uu=u∑λiqsiLi+∑ηqpjApj

式中：Uu為基樁抗拔極限承載力標準值，kN；λi為樁周第i層土的側阻力折減系數；qpj為樁身第j個盤頂部土層的極限端阻力標準值，kPa。

3 試驗及分析

在河北省南部電網某220 kV線路工程開始前，受國網河北省電力公司滄州供電公司委托，中國電力科學研究院針對擠擴支盤灌注樁和直孔灌注樁開展了現場真型靜載荷試驗[3]。試樁場地位于華北東部沼澤化濱海平原和濱海灘涂地帶，地勢開闊、平坦。試驗結果顯示，試樁在下壓+水平聯合工況作用時的下壓極限承載力比設計值提高了約25%；試樁在上拔+水平聯合工況作用時的抗拔極限承載力試驗值分別提高了約21%。

4 工程應用實例

4.1 工程概況

河北省南部電網某220 kV線路工程位于滄州市臨港化工園區，全線同塔四回路架設，對于基礎作用力很大的四回路耐張塔設計采用四樁承臺擠擴支盤樁基礎。在參考現場真型靜載荷試驗的基礎上，經設計計算完成的擠擴支盤樁基礎豎向抗壓承載力和抗拔承載力均滿足要求。

4.2 地質情況

根據該工程巖土勘察報告，塔位處自上而下的土質為：0.0～2.5 m軟塑粉質粘土，極限側阻力標準值為40 kPa，承載力特征值110 kPa；2.5～5.0 m中密粉土，極限側阻力標準值為35 kPa，承載力特征值110 kPa；5.0～7.0 m淤泥質粉質粘土，極限側阻力標準值為22 kPa，承載力特征值70 kPa；7.0～10.0 m稍密粉砂，極限側阻力標準值為40 kPa，承載力特征值140 kPa；10.0～14.5 m淤泥質粉質粘土，極限側阻力標準值為21 kPa，承載力特征值70 kPa；14.5～20.5 m密實粉土，極限側阻力標準值為60 kPa，極限端阻力1 000 kPa；20.5～32.0 m密實細砂，極限側阻力標準值為70 kPa，極限端阻力1 200 kPa。

4.3 基礎荷載

基礎上拔力T= 3 925 kN,相應水平力TX=4 90 kN，相應水平力TY=635 kN；基礎下壓力N=4 620 kN,相應水平力NX=628 kN，相應水平力NY=735 kN。以上作用力均指單個塔腿的基礎作用力。

4.4 主要計算參數

樁與承臺所用混凝土標號均為C40，主筋等級均為HRB335，箍筋等級均為HPB300。樁、承臺和支盤的參數見表1，灌注樁混凝土297.6 m3，鋼筋48 316.8 kg；承臺混凝土173.4 m3，鋼筋22 139.2 kg；混凝土合計471.0 m3，鋼筋70 456.0 kg。

表1 樁、承臺和支盤的相關參數

項目 分類 參數 樁樁徑/m樁長/m自由長度/m樁主筋直徑/mm樁主筋/根 1 22 0 28 24承臺寬/m長/m高/m直徑/m柱高/m 5.5 5.5 1.2 1.6 2 1號 支盤 2號支盤直徑/m 2承力盤高度/m 0.9支盤中心對地距離/m 16.5修正系數 0.9 支盤直徑/m 2承力盤高度/m0.9支盤中心對地距離/m21.5修正系數0.7

4.5 承載力計算與分析

4.5.1 承載力計算

根據上文中抗壓極限承載力標準值的計算公式,單樁豎向抗壓極限承載力標準值Quk為4 802.55 kN，考慮灌柱樁豎向承載力抗力分項系數1.6[2]，則單樁堅向抗壓極限承載力設計值為3 001.60 kN，而單樁豎向力設計值為2 377.93 kN，滿足設計要求；根據上文中基樁抗拔極限承載力標準值的計算公式，單樁豎向抗拔極限承載力標準值Uu為4 469.78 kN，考慮灌注樁豎向承載力抗力分項系數[2]1.6以及樁身自重，則單樁豎向抗拔極限承載力設計值為3 035.64 kN，而單樁上拔力設計值為1 564.64 kN，滿足設計要求。

4.5.2 比較與分析

由于支盤的存在，無論是下壓承載力還是上拔承載力都增加了一項承力盤端承力，從而有效地降低了材料用量。根據以上數據進行分析，與等直徑樁相比，擠擴支盤樁鋼筋用量可節省26%，混凝土用量可節省15%，與現場真型靜載荷試驗所得數據基本吻合。

5 結束語

擠擴支盤樁作為一種新型灌注樁，在合適的條件下應用于輸電線路工程，可有效減小樁徑、樁長，減少材料用量，節省工程造價；同時，施工時需要使用專業機械，對工藝要求較高，施工難度較普通灌注樁大，建議采用超聲波孔壁測定儀對擠擴成孔效果進行監測，以保證工程質量。

[1] CECS 192-2005,擠擴支盤灌注樁技術規程 [S].

[2] DL/T 5219-2005,架空送電線路基礎設計技術規定[S].

[3] 張 琰，陳 培.徐莊-東工業區220kV送電線路工程擠擴支盤樁基礎試驗研究報告[R].北京，中國電力科學研究院，2012.