輸電塔的軟土地基混凝土微型樁加固應用工程分析研究

惠雷，程澍，左志遠

（1.國網江蘇省電力公司江蘇齊天電建集團，江蘇 連云港 222023；2.國網江蘇省電力公司連云港分公司，江蘇 連云港 222023）

0 前言

輸變電工程在電網系統中具有關鍵作用，輸電線路的穩定性直接影響我國電力運行的成本。我國高速增長的經濟需求，對輸電線路建設的需要也日益增長。建立起一套可靠度高的加固修繕方法，可以維持基本功能不變。在當下推進能源互聯網建設的新時期，加強施工質量管理水平、提高施工質量技術水平具有深遠的實踐意義[1]。

輸電塔是能源領域一種重要的傳輸電能基礎設施。新時代國家發布的“新基建”建設領域中，輸電塔基礎建設屬于重要的組成部分。多數采用角鋼塔桁架組成傳統經典型的輸電塔塔型，它的安全性能直接影響著電力領域的能源安全，具有重要的戰略意義。從根部受承載力作用而言，輸電塔承受導線和豎向地基承載力作用，可以承擔著傾覆力矩，連續倒塌，地震災害等影響。輸電塔基礎型式根據地基土的特征承載力和地基土具體情況選擇，一般而言，基礎有灌注樁基礎、獨立承臺基礎、筏板式基礎和承臺梁基礎等幾種形式。輸電塔的施工具有周期短、節奏強、質量要求高的特點，加之施工現場經常在野外導致各種不確定因素很多，因此施工質量的好壞直接影響后期結構的整體穩定性和安全評估。本文提出針對淤泥土質為主的淺地基提出施工加固方法，以增強塔底部的穩定性，針對幾個已經實施的工程，通過方案探討與結果對比，對幾種方法進行深入探析。

1 國內外工程研究現狀

輸變電工程在電網系統中具有關鍵作用，輸電線路的穩定性直接影響電力運行的成本?；A的可靠性、穩定性、連續性對于保持整條線路穩定性具有十分重要的意義。輸變電鐵塔在建設過程中面臨著工作場所偏遠、工人技術經驗薄弱、政策和天氣變化因素多變等特點，施工技術選擇的好壞直接影響工程后期穩定運行?；A方案設計應該根據地形、土質條件以及技術經濟指標選擇最為合適的基礎。目前國內外很多技術已經應用到實際工程中，文獻2中針對存在巖石基礎承載力的情況采用錨桿靜力加固的做法[2]。軟土地基狀況不利于鐵塔地基底部承載，容易產生不均勻沉降。文獻3報道了海南軟土地區通過加強水泥攪拌樁復合地基承載，降低了基礎建設成本又不降低基礎承載能力的技術做法[3]。江蘇連云港地區地處黃海之濱，地質條件較為復雜，鐵塔建設過程中時常存在地基受力面下存在不利于工程建設的土層如細砂土、濕陷性軟土等土層；部分地基開挖存在地下積水噴涌、噴砂的現象，妥善處理好這些不良地基處理，對于保障鐵塔基礎長期安全穩定性十分重要。國內有關機構針對高聳構筑物地基存在進水提出深齒墻和樁基礎組合情況滿足最大沉降量技術要求[4]。通常鐵塔基礎使用的開挖式基礎，樁基礎，巖石錨桿、螺旋錨桿基礎，復合地基等幾種形式，以上四種基礎廣泛用于各種工程，但是這些工程技術不僅耗費巨大而且工期長，人工成本高。隨著各項新技術的發展，監測和工程技術手段的不斷成熟。本文提出使用加固設計的方法增強復合地基承載作用力和穩定性[5]。通常在輸電線路工程結構設計中會涉及抗拔力和水平風荷載作用下的基礎結構設計，以及在連續地震作用下引起的連續性倒塌結構設計。連續倒塌性能在一定程度上影響著輸電塔結構水平荷載作用下的結構安全性能，由于電纜線的線重比較大，檔距變化過大容易影響輸電線路方向，而且在一定情況下不同塔基之間的檔距不同可能對結構安全產生不同程度的影響。外部惡劣條件的變化使得導線覆冰和水平荷載導致角鋼發生極限變形破壞[6]。

2 工程案例

2.1 項目概況

從梁丘變110kV間隔向西出線，經過村莊、果園、河床至本期洪爽變。本工程屬于連云港市級五年計劃脫貧攻堅的重要民生基礎設施。雙設單架總長度約16.4km。全線新建鐵塔采用剛性臺階式基礎。松散巖類潛水、基巖裂隙水。松散巖類潛水主要賦存于上部素填土、粘性土中，其補給來源主要為大氣降水入滲，排泄方式以蒸發為主，并隨季節變化而有所升降。據調查，地下水位受季節影響年變幅較大，基巖裂隙水主要賦存于下部風化巖層中，它們主要通過側向徑流及越流進行補給與排泄?？睖y期間測得穩定水位范圍值 1.80～2.05m,穩定水位平均值1.94m。

2.2 樁基加固

典型的雙回路耐張塔轉角塔8#工程在實施過程中發現很多地下泉涌、涌砂現象，實際土層較為復雜，出現土層條件與地勘報告中不符的現象。地面線下2m出現的松散粉質巖地下基巖裂隙滲水。本區內第四系松散沉積物厚度較大，土層強度一般為高-中壓縮性土，下部基巖層地基需要妥善處理滲水現象，并且在設計開挖處進行加固處理才能保證基礎強度和穩定性達到設計要求。對鋼筋混凝土結構內的鋼筋在干濕交替條件下具弱腐蝕性；對鋼筋混凝土結構內的鋼筋在長期浸水條件下具有微腐蝕性。完全杜絕地下水產生的不利因素，需要對基坑做底部加固，驗證需要使用微型水泥樁加固和基坑底部四周滿樘加固結合的方法。微型水泥樁直徑400mm,樁深長度3m，間隔3m,布置圖見圖1。首先，進行集水井降排措施，把涌出的水位通過排水溝引導到周圍的四點集水井，使得水位線達到設計要求以下，并且做好周圍淤泥質土的邊坡防穩定安全措施，見圖2和圖3。鐵塔基坑底部共計9根水泥加固復合地基。根據《110kV-750kV架空輸電線路設計規范》（GB50545-2010）規定，《地基與基礎結構設計規范》和《樁基礎設計規范》《地基處理規范》的規范，一般增強體復合地基承載力計算：

圖1 微型樁平面布置圖

圖2 場地涌水涌砂狀況

圖3 軟土地基布樁施工現場

公式中λ代表單樁承載力發揮系數；Ra是單樁承載力特征值；β是樁間土揮發系數，可以按地區查表；Ap是單樁截面積;m指的是復合地基置換率。其中土層的抗側阻力以及樁端阻力系數見表2。

根據地勘資料，可以得到不同土層下的復合地基承載力特征值表（表1）經過深寬修正后的地基承載力根據公式（1）得出為317kPa,與勘測資料結果對比，大于設計地基承載力270kPa。復合水泥樁基礎處理地基后的最大豎向力根據《架空送電線路基礎設計技術規定》（DL/T 5219-2005），臺階型基礎部分由基礎底面以上土的抗拔角控制[7]。微型樁部分上拔穩定性由樁基礎的樁側阻力和樁端組成，文獻8指出對微型樁進行二次灌樁更加有利于提高微型樁上拔抗力，研究指出經過斜樁布置后的抗拔效果更佳[8]。經過處理后的黏性土增強微型樁復合地基承載力，抗拔力更有利于保持桿塔基礎底部的上拔穩定性，計算基礎上拔力大于設計提供的基礎上拔作用力。

土層計算結果特征承載力 表1

當h＜hc，此處hc指的是臨界高度，ht指土回填深度，Vt代表倒錐土體積，VO代表土下基礎體積，Qf代表混凝土自重，α是上拔角，B是基礎寬度尺寸，γ是回填土重度。

將表2中土的剪切參數代入公式（2）和公式（3）可得地基計算值與試驗設計理論值偏差。

通過參考表2的基礎參數，文獻7中采用上拔力分析指出結果[7]。魯先龍提出經驗為主的“土重法”分析后處理后的地基計算值與試驗設計理論值偏差較小。因為復合地基經過處理后的抗壓強度得到了1.2倍提高，因此根據庫倫公式，摩擦角也有相應的提高。臺階基礎底部有微型樁，根據表2計算每個塔腿產生10kN的樁身抗側阻力，因此也使得基礎上拔力增加到了近1.2倍。

土層土質地勘參數 表2

3 桿塔基礎施工工藝要點分析

3.1 加強技術方案措施編制

材料因素的影響，混凝土材料是一種緊密膠凝材料，它由砂和石子、水泥組成，由于不同的水膠比會產生不同的強度等級。在輸電塔前期設計技術資料交底時候應該注意到對于進場材料質量的控制，做到進場原材料必須進行檢測，必須由合格廠家提供質量合格證書。施工組織前期技術交底對全過程起到技術指導作用，有效的質量控制可以防止不達標混凝土影響基礎質量強度安全，合理的水膠比可以保證混凝土干縮而產生裂縫。過大的裂縫會導致鐵塔基礎部分發生變形和力學破壞，從而影響輸電塔基礎的穩定性。目前較為普遍的施工技術方案有微型樹根樁加固、錨桿靜力加固基礎、樁下灌注糾偏等技術，經過研究發現均能夠有效防止樁底發生較大變形破壞。

3.2 設計影響因素

高聳輸電塔常坐落于野外地區，風荷載大，容易產生水平方向的外拉力，嚴重情況下受豎向荷載和水平荷載容易發生傾覆倒塌。直線塔和轉角塔是兩種不同的塔型，兩種塔型的受力狀況是不同的，因此設計期間，通過合理設置塔型的布置減少檔距，防止過大檔距產生不利影響。

另外通過對角鋼塔截面形式的修正，根據《鋼結構設計標準》可以改變角鋼塔構件的長細比，增強塔身的穩定性。找到影響角鋼穩定的重要因素，提高角鋼加固后的壓彎穩定臨界值。

4 結論

①輸電塔是一種建設周期較短但是建設質量要求較高的工程，加強前期技術、人工質量的管理，加強關鍵工序的質量要點把控可以有效減少因為關鍵工序質量不良造成工程質量缺陷。通常輸電塔工程位于野外本例由于前期地址勘察不足，未發現地下土壤處于粘性淤泥，下部含有風化碎石而且出現了沙涌碎石，出現較差的施工環境。本案使用的微型樁加固基礎方法，經過施工和驗算可以有效防止底面下沉、傾斜，達到糾偏的效果。經過微型樁加固和邊坡處理的基礎，具有較強的地基承載力特征值，是一種有效的防止地基砂涌的方法，上拔力與試驗計算結果偏差值較小，符合基本設計要求。

②地基基礎加固處理是輸電塔工程中常用的施工技術，在工程建設中時常會出現不同地質條件的軟土地基，處理地基成本較高，增加工程建設成本。因此，第一，在施工圖交底階段應該組織測量單位進行沿線地質條件復測，以提前采用合理的施工技術。在施工質量工程前期應該加強對進場混凝土材料的坍落度和原材料質量的把握，杜絕沒有正規廠家合格證書產品進場，杜絕不達標材料進場，把工程質量隱患把控在源頭。施工管理單位在基礎加固前應該依據施工質量標準、施工圖紙、工藝方案、工藝流程以及現場各種施工因素對施工質量進行把控，防止出現施工質量問題。第二，設計方在進行關鍵部位地質勘察件的校驗時，采用適時的地質勘察報告，對軟土地基原位加固提出合理預案，以保障特殊地基條件下的基礎穩定性，確保輸電塔安全長期穩定運行。