簡述預應力混凝土管樁在輸電線路工程中的應用

楊安康

摘要：本文介紹了混凝土管樁基礎適用的地質條件和在輸電線路工程中使用時的構造要求，闡述了該基礎形式的工程特性以及設計、施工過程中應注意的相關事項。根據該基礎形式的經濟性特征，在滿足設置承臺的基礎荷載作用、具備較好沉樁和進場的情況下，建議采用混凝土管樁基礎。

關鍵詞：預應力混凝土管樁;輸電線路;基礎施工;經濟性。

0 引言

預應力高強混凝土管樁（簡稱PHC管樁）基礎是采用先張法預應力工藝與離心成型方法制成的一種圓管形鋼筋混凝土預制樁，通過高溫蒸汽養護而成，具有樁身強度高、生產速度快、應用范圍廣、施工快捷、易保證成樁質量等優點，在國內外工程中得到了廣泛的應用。目前，預制混凝土管樁主要應用于橋梁、港口碼頭、水利工程等，近年來逐步在輸電線路工程中得到推廣使用，如江陰500kV高壓輸電線路長江大跨越[1]和淮南-南京-上海1000千伏交流特高壓線路工程淮河河漫灘地區。

1 PHC樁適用性

1.1? 地質條件

PHC樁基礎適合于基巖埋藏深、軟弱土層或強風化巖層、風化殘積土層厚的地質條件。因此在成樁深度范圍內，土層應以較好沉樁的人工填土、粘性土、粉土、粉砂、細砂等較軟弱土層為主。在軟弱土層，PHC樁主要作為摩擦樁;在有好的持力層，如強風化及以上巖層，可以作為摩擦端承樁。

但在以下地層條件下，不宜采用PHC樁基礎[2]：

①土層中夾難以消除的孤石、障礙物;

②含有不適宜做持力層且管樁又難以貫穿的堅硬夾層;

③覆蓋層為淤泥等松軟土層，其下直接為中風化巖層或微風化巖層;或中風化巖面上只有較薄的強風化巖層;

④對管樁的混凝土、鋼筋及鋼構件有中、強腐蝕作用的巖土層（含地下水）。

1.2? 構造要求

由于PHC管樁單樁直徑較小，施工中為避免對樁體的破壞往往限制打樁荷載和基樁貫入深度，采用單根樁體用作鐵塔基礎時，施工工序較多，打樁機進場周轉效率不高，經濟性優勢不明顯。

工程中鐵塔和基礎主要采用地腳螺栓連接方式，PHC預制樁和鐵塔塔腿之間需要設置現澆混凝土承臺來設置地腳螺栓。因此一般將PHC管樁做為承臺樁基礎的基樁使用，即PHC樁使用在荷載較大、地質條件較差的塔位中。在管樁基礎設計中，管樁接樁及與承臺連接部位為薄弱點，在設計中應予以重視，管樁與承臺常用連接做法見下圖：

從理論計算及抗拔試驗表明，管樁的端板與預應力鋼棒連接的強度、樁體之間的接頭是PHC管樁作為抗拔樁的薄弱點。因此可根據設計采用加強端板，另設樁端錨固筋等措施以加強薄弱部位;預制樁端頭連接需采取如機械齒合連接、機械連接卡等加強措施[3]。同時，在接頭位置應注意采取防腐措施，避免長期使用過程中的腐蝕破壞，進而影響PHC樁的承載力。

2 PHC樁的工程特性

根據目前PHC樁基礎的使用情況，該樁型具有下列的優缺點：

（1）單樁承載力高。由于PHC 管樁樁身采用高強度混凝土，一般采用C60～C80，可打入密實的砂層和強風化巖層，由于樁與土體的擠壓效應，樁端承載力比原狀土質提高 70%～80%，樁基側摩阻力提高 20%～40%。因此，PHC 管樁承載力設計值相比同直徑的沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔樁有明顯提高。

（2）抗彎性能好。PHC 管樁選用高強度、低松馳的螺紋鋼筋作為預應力主筋，使樁身具有較高的預壓應力，其抗彎、抗裂性能良好。PHC 管樁有較好的貫入性能，能穿透密實的砂層，適應復雜的環境與地理條件。

（3）質量穩定可靠。PHC 管樁是工廠化、專業化、標準化生產，樁身質量可靠。在抗壓、抗彎、抗拔性能上均易得到保證。管樁質量監測、運輸吊裝方便，接樁快捷，機械化施工程度高，操作簡單。

（4）施工速度快、工期短。PHC 管樁為工廠預制樁，沉樁流程簡單，相比灌注樁基礎減少了樁基養護時間，打樁后即可澆注承臺。由于該基礎施工前期準備時間短，一般預制工廠能及時供樁，基礎工程部分能縮短約1個月時間。

（5）施工現場文明。PHC樁的施工機械化程度高，現場堆放整潔，施工現場無砂石、水泥，無泥漿污染。

根據相關工程經驗，PHC樁基礎在使用中有部分限制因素：由于施工機械較大，施工時對進場道路和場地要求比較高;錘擊打樁噪聲以及振動較大，不適于建筑密集地區施工;單節樁長受運輸條件和施工條件限制，每根樁的接頭數量不宜超過 3 個，基樁總長度有限;樁體的擠土效應較大，施工需合理安排打樁順序，必要時適當加大樁間距。

3 應用中的相關建議

管樁在輸電線路中做為抗拔樁使用，抗裂性好，生產效率高，沉樁速度快，樁身質量可靠性高。只要設計合理，施工可靠，管樁作為抗拔樁使用有較大的優勢。但在實際工程應用中仍需要注意一下問題：

（1）由于PHC樁截面積較小，為避免其施打過程中樁身混凝土被錘擊破壞，往往需要限制其錘擊力。

（2）管樁樁身結構強度的確定建議主要由有效預應力控制，構件正截面的受力裂縫控制等級為一級，構件邊緣混凝土不產生拉應力。

（3）樁頂與承臺的連接處承受的抗拔力最大，應根據計算確定樁頂錨固鋼筋、樁芯插筋及混凝土填芯高度。填芯混凝土應選用具有微膨脹性能的混凝土澆筑，外加劑摻量可根據抗拔承載力和施工經驗及試驗數據進行調整，來達到最佳經濟和工期效果。

（4）PHC管樁的施工工藝對地基土性質和樁體受力特性有很大的影響。建議在設計中適當降低樁身整體的抗拔承載力強度，以保證總體安全度[4]。必要時可通過靜載荷試驗最終確定單樁承載力設計值。

4 經濟性

在輸電線路工程中使用的PHC樁通常需要設置成群樁基礎才能滿足荷載要求，這就需要設置承臺，樁數較多的情況下，承臺混凝土方量較大，占據很大比例的基礎混凝土材料用量，因此對于可以設計成單灌注樁基礎的塔位，采用PHC樁基礎就沒有經濟優勢，通常總體費用反而增加10%～15%。

其次PHC樁的送樁機械無論是體積還是重量都大于灌注樁成樁機械，因此其對于進場道路的要求要大于灌注樁基礎，這樣對于需要修路進場的塔位，PHC樁就體現不出優勢。

因此，只有在滿足以下兩個條件下的塔位，采用PHC樁才能具有經濟性：（1）采用灌注樁基礎需設置成群樁基礎的塔位;（2）距離交通主路較近，無需太多修路費用的塔位。

5 結論

在適宜的場地條件（具備機械化施工、沉樁條件）情況，較大基礎作用力的輸電線路鐵塔基礎采用PHC管樁具有較好的經濟和社會效益，相比鉆孔灌注樁具有一定的優勢。PHC管樁在其他行業已經有了成功使用的經驗，在輸電線路塔位交通狀況較好，軟弱土、粉土、粉質粘土等平原地區，根據鐵塔基礎作用條件可逐步推廣使用PHC樁基礎。

參考文獻

[1]高倚山，張劍鋒等. 高強度預應力管樁 （PHC樁）在電力工程中的應用 [J].電力勘測，2001，2（7）：5～10.

[2]鄧友生，孫寶俊，鄔忠強. 預應力混凝土管樁的應用研究及發展前景[J].建筑技術，2003，34（4），263-366

[3]付建明. PHC 管樁在輸電線路應用中的抗拔分析及改進[J].黑龍江電力，2015，37（2）：168～171.

[4] 徐醒華，高強預應力混凝土管樁設計和施工中的若干技術問題[J] 廣東土木與建筑，2004，1（1），12～14。

[5] DL/T 5219-2005. 架空送電線路基礎設計技術規定[S].