軟土地區(qū)輸電線路樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

關(guān)維堅(jiān)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江供電局，廣東陽江 529500）

隨著特高壓工程的快速建設(shè)，無可避免地會(huì)在軟土地區(qū)進(jìn)行大型輸電線路的建造[1]。所謂的軟土是一類不良土體，主要包括黏性土、淤泥質(zhì)土、淤泥和泥炭等。其具有壓縮性高、穩(wěn)定性低、透水性差和抗剪強(qiáng)度低等不良特征，包括：壓縮性高[2]，軟土大多具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，土體中孔隙較大，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮系數(shù)較高，在受到土體上方垂直壓力時(shí)，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的土體變形，從而導(dǎo)致房屋塌陷；含水率高，由于軟土的組成特殊，軟土的天然含水量大多大于35%，因此，在實(shí)際工程中容易發(fā)生排水固結(jié)，導(dǎo)致建筑物發(fā)生較大沉降；抗剪強(qiáng)度低，軟土地區(qū)土體通常呈軟塑與流塑混合存在的狀態(tài)，這就導(dǎo)致其在外部荷載作用下，抗剪強(qiáng)度較低；透水性低，由于土體含水量較高，土體大多處于飽和狀態(tài)，從而極大影響了土體的承載力。

由于軟土給建筑物帶來的種種危害，在進(jìn)行大型輸電線路基礎(chǔ)建造時(shí)，必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件選擇合適的基礎(chǔ)。而樁基礎(chǔ)作為軟土地區(qū)輸電線路最常用的基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的選擇便顯得尤為重要。基于此，本文結(jié)合最新研究進(jìn)展，綜述了軟土地區(qū)輸電線路的常用樁基礎(chǔ)類型以及具體施工技術(shù)，提出未來研究方向，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 輸電線路樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)方案

樁基礎(chǔ)由樁身和承臺(tái)構(gòu)成。所謂樁基礎(chǔ)，就是由承臺(tái)將若干根樁的頂部連接成整體，共同承受荷載的一種深基礎(chǔ)。使得荷載能夠均勻地傳遞給樁基，從而有效減少地基沉降。具有較大的整體性和抗側(cè)剛度。軟土地區(qū)輸電線路多采用樁基礎(chǔ)的原因在于其能夠提供較大的承載力，施工后沉降小，較為經(jīng)濟(jì)。若采用板式地基[3]，在基礎(chǔ)上部能夠抵抗上拔作用的土體量較小。因此，常常需要加大底板尺寸，不適于在軟土地區(qū)中使用。

1.1 輸電線路樁基礎(chǔ)的類型

在輸電線路基礎(chǔ)形式選擇中，較為常用的是灌注樁基礎(chǔ)。根據(jù)承載力設(shè)計(jì)與沉降設(shè)計(jì)的要求，又可分為后注漿灌注樁，擠擴(kuò)支盤樁等樁型，也有時(shí)需要使用復(fù)合地基，這就導(dǎo)致工程量和造價(jià)偏大。因此，李國文等[4]通過分析常規(guī)輸電線路樁基礎(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合了軟土的特殊地質(zhì)，研發(fā)出了一種“樁周淺層地基加固與中心基樁聯(lián)合應(yīng)用”的新型樁基礎(chǔ)形式，闡明了該新型基礎(chǔ)的水平承載機(jī)理、破壞模式以及關(guān)鍵參數(shù)的控制。其原理就在于樁周加固體對(duì)相應(yīng)中心樁產(chǎn)生了顯著的約束作用，在增大樁頂抗水平變形剛度的同時(shí)提高了其帶裂縫工作的性能。因此，該新型樁基比常規(guī)樁基能夠承擔(dān)更大的承載力。他們的研究還發(fā)現(xiàn)在淺層天然地基土體較差、基礎(chǔ)水平承載要求較高時(shí)使用這種地基，能夠大幅度減少基礎(chǔ)混凝土用量，從而減少造價(jià)，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)性。

對(duì)于城市輸電線路而言，由于需要減少占地面積，降低造價(jià)，同時(shí)需要考慮小型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場等因素，往往需要采用鋼管樁基礎(chǔ)。鐘維軍等[5]基于當(dāng)今社會(huì)架空輸電線路走廊日趨緊張的現(xiàn)象，分析了適合于城市輸電線路使用的鋼管樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，這種樁基礎(chǔ)能較好地滿足承載力設(shè)計(jì)要求，與上部桿塔結(jié)構(gòu)一致且造價(jià)低、占地面積最小、施工周期短。鋼管桿線路都在道路兩側(cè)，提供了良好的運(yùn)輸和吊裝環(huán)境，適合軟土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)的使用。他們的研究還提出了鋼管樁基礎(chǔ)的常用施工方案以及補(bǔ)強(qiáng)措施。

灌注群樁[6]基礎(chǔ)也是在軟土地區(qū)淤泥地基，特別是涉及跨江、跨大河或?qū)Ь€多分裂多回路時(shí)較為常用。所謂群樁基礎(chǔ)，就是由2 根以上的基樁組成的樁基礎(chǔ)。但是，要想其充分發(fā)揮性能，減少沉降，其施工質(zhì)量必須嚴(yán)格把控。在施工前，施工人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)圖紙的熟悉以及審查并對(duì)施工所需要的機(jī)械設(shè)備和原材料一一清點(diǎn)。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照灌注群樁的常用施工方法進(jìn)行施工，根據(jù)具體情況選擇不同的成孔方式，盡量避免擠土、振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)土層的影響。該基礎(chǔ)能夠承受更大的水平荷載和垂直荷載，在軟土地區(qū)淤泥地基中得到廣泛使用。

對(duì)于軟土地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)，由于其經(jīng)常需要經(jīng)過一些泥沼地段，常規(guī)的大型灌注樁基礎(chǔ)往往直徑、樁長均較大。受地形、路況限制難以施工。而聯(lián)合基礎(chǔ)則需要大量的混凝土用量，造價(jià)較高。此時(shí)，便產(chǎn)生了一種微型樁基礎(chǔ)[7]，其具有施工速度快、作業(yè)面小、布置靈活和承載力高且沉降小等優(yōu)勢。杜榮忠[8]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，微型樁基礎(chǔ)較大直徑灌注樁能有效減少混凝土土方使用量，但小承臺(tái)和小立柱需要多增加配筋。但總的來說，還是節(jié)約了造價(jià)，具有較強(qiáng)的推廣性。張曉紅等[9]通過微型樁抗壓靜載荷試驗(yàn)、抗拔靜載荷試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用二次注漿的微型樁基礎(chǔ)相比于其他實(shí)體地基更具有可靠性，造價(jià)合理，能夠取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

近十年來，在各種特高壓工程的快速發(fā)展下，輸電線路的送電距離越來越長，輸電線路途徑的地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，塔桿所需要承擔(dān)的荷載也越來越大。面對(duì)各種不同的地質(zhì)環(huán)境，需要綜合考慮各種因素，合理地選擇安全、經(jīng)濟(jì)的輸電線路的樁基類型，以保證輸電線路的安全運(yùn)作。

1.2 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，主要包括承載力和沉降的計(jì)算[10-11]。其中，沉降計(jì)算是重中之重。然而，目前關(guān)于軟土地區(qū)的沉降計(jì)算仍然以手算為主，這種方法以大量的假設(shè)為前提。這就導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果存在較大的誤差。在實(shí)際工程中，必須考慮群樁效應(yīng)以及樁土之間的相互作用，楊敏等[12]通過對(duì)傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算方法的總結(jié)與創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出了“同濟(jì)啟明星樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算軟件SCSF”，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與軟件結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，達(dá)到了較高的吻合度。利用此軟件可以較為方便且精準(zhǔn)地計(jì)算地基沉降量，節(jié)約了大量時(shí)間。而對(duì)于承載力的計(jì)算則需要對(duì)樁身進(jìn)行前期勘察，通過試驗(yàn)測定單樁承載力并以此為依據(jù)選擇合適的持力層，進(jìn)而確定樁徑、樁長、根數(shù)等參數(shù)。

2 軟土地區(qū)輸電線路樁基礎(chǔ)施工技術(shù)與質(zhì)量控制

2.1 常用施工技術(shù)

針對(duì)不同的樁基礎(chǔ)形式，往往需要采用不同的施工技術(shù)，以下對(duì)灌注樁基礎(chǔ)、微型樁基礎(chǔ)及粒料攪拌樁基礎(chǔ)的施工方法進(jìn)行簡要闡述。

2.1.1 灌注樁施工技術(shù)

對(duì)于灌注樁而言，一般采用的成孔技術(shù)有作業(yè)成孔、沉管成孔、泥漿護(hù)壁成孔等方式。因?qū)儆陔[蔽工程[13-14]，為保證成樁質(zhì)量，施工人員需要在各個(gè)階段進(jìn)行把控，在施工前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘驗(yàn)結(jié)果選擇鉆機(jī)設(shè)備，并進(jìn)行技術(shù)交底。在成孔階段，應(yīng)謹(jǐn)防孔壁坍塌。在鉆機(jī)安裝時(shí)，應(yīng)保證支撐可靠，鉆桿垂直度較好，從而防止斜孔現(xiàn)象的發(fā)生。此外，在灌漿過程中，常使用高壓噴射灌漿技術(shù)，使用這種技術(shù)進(jìn)行輸電線路灌注群樁基礎(chǔ)施工，可以極大地提高軟土的牢固性和穩(wěn)定性。

2.1.2 微型樁施工技術(shù)

由于微型樁基礎(chǔ)的特殊性，其成孔必須借助鉆機(jī)。在成孔過程中，通過對(duì)水、泥土進(jìn)行攪拌，使其呈現(xiàn)出泥漿狀，由此達(dá)到保護(hù)孔壁的目的。而后進(jìn)行承臺(tái)開挖，在此過程中，應(yīng)注意對(duì)已成孔做好防護(hù)措施，防止虛土坍落至孔內(nèi)。接著制作相應(yīng)的鋼筋籠，安裝好注漿管，待鋼筋籠完成起吊工作后，在孔內(nèi)放置注漿管。在此過程中，應(yīng)注意鉆機(jī)必須處于垂直狀態(tài)，使得孔的位置沒有偏差。最后，先進(jìn)行一次壓力注漿，待一次注漿后靜置一段時(shí)間隨后進(jìn)行二次劈裂注漿[15]。

2.1.3 粒料攪拌樁技術(shù)

即利用砂礫等散粒材料，用專用沉管機(jī)攪拌成樁，利用此方法可以較好提升地基承載力。

健全的輸電線路基礎(chǔ)施工方法不但可以節(jié)省勞動(dòng)力，也可以大大提高結(jié)構(gòu)安全性，提升生產(chǎn)效率。只有因地制宜地選擇正確的施工方法，科學(xué)施工，才能提升電力系統(tǒng)的運(yùn)作效率，保證輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的安全[16]。

2.2 施工質(zhì)量控制方法

良好的基礎(chǔ)施工不僅需要嚴(yán)格遵循各類樁基礎(chǔ)的具體施工方法，同時(shí)也要滿足一定的施工質(zhì)量控制方法。只有這樣，才能確保輸電線路大型樁基礎(chǔ)的安全性與耐久性。

郭秀桂[17]通過研究某軟土地區(qū)地下室工程針對(duì)“先打樁后基坑挖土”與“先基坑挖土后打樁”2 種施工順序進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)：采用“先基坑挖土后打樁”的施工順序可以最大限度避免管樁傾斜折斷。同時(shí)，可以有效降低開挖難度，降低成本，相較于前種方案更易于事后補(bǔ)救，具有明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢。

由于軟土地基的特殊性，其溫度、濕度條件易導(dǎo)致鋼筋腐蝕。因此，在軟土地基樁基礎(chǔ)中應(yīng)使用低水膠比的保護(hù)層，從而提高混凝土表面密實(shí)度，抑制二氧化碳與鋼筋發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而有效抑制銹蝕。因此，混凝土配合比的設(shè)計(jì)便顯得尤為重要，在設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧施工質(zhì)量和施工設(shè)計(jì)的要求。

在挖孔前施工人員應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔的具體尺度，慢速進(jìn)行輕壓或調(diào)整泥漿比例以達(dá)到適度，從而防止孔壁塌方的出現(xiàn)。對(duì)于一些特殊的軟土地區(qū)，由于軟硬土層交界處會(huì)有一定的傾斜度，因此，需要盡量保證鉆孔時(shí)鉆頭受力均勻，以防斜孔現(xiàn)象的發(fā)生。

在軟土地區(qū)，樁基礎(chǔ)的施工一般都是采用預(yù)制樁，采用混凝土加固土樁技術(shù)，往往能夠更好地發(fā)揮預(yù)制樁優(yōu)勢。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，將土樁的長徑比數(shù)值盡量控制在80 左右，為了提高樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還需要應(yīng)用深層攪拌機(jī)械，通過對(duì)軟土地基的局部樁基礎(chǔ)使用固化材料，改善樁型結(jié)構(gòu)，形成加固型混凝土樁，使加固樁和樁間土性的適配度更高，滿足軟土地基的設(shè)計(jì)需要。

在施工中也常常會(huì)出現(xiàn)預(yù)制樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)值的情況。因此，對(duì)預(yù)制樁進(jìn)行預(yù)先檢測也是極為重要的，常用的靜載荷實(shí)驗(yàn)法能夠直觀可靠地確定樁的極限承載力，但由于成本高、時(shí)間長，不適于批量檢測。在這種情況下，可以使用高應(yīng)變法[18]快速經(jīng)濟(jì)地檢測樁身承載力。但是，其缺點(diǎn)就在于無法顯示樁身缺陷性質(zhì)，具有一定的局限性。在實(shí)際情況中，應(yīng)根據(jù)場地條件、軟土地基勘測報(bào)告、經(jīng)濟(jì)條件等因素綜合考慮。

同時(shí)，不同的軟土地基在進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)其施工條件往往會(huì)存在差異性，所以為了能夠?qū)Φ鼗庸痰膶?shí)際效果有充足的保障，需要進(jìn)行工藝試樁。結(jié)合施工前勘察的有關(guān)資料，對(duì)軟土地基的不同地層和地段確定所需要的試樁數(shù)量，以此來進(jìn)一步檢測樁基的相關(guān)參數(shù)，核對(duì)不同地層的施工工藝流程和持力層的承載能力，為后續(xù)的樁基施工來提供更加準(zhǔn)確、合理的參數(shù)[19]。

3 其他軟土地區(qū)地基處理方法

3.1 大厚度格構(gòu)式水泥墊層墻結(jié)合豎向長短增強(qiáng)體的地基處理方法

翁昕等[20]在結(jié)合以往常規(guī)地基處理方法的前提下，結(jié)合工程實(shí)例并建立了有限元模型，開發(fā)出了一種大厚度格構(gòu)式水泥墊層墻結(jié)合豎向長短增強(qiáng)體的地基處理方法，揭示了其受力機(jī)理，即用挖土攪拌水泥土和常規(guī)水泥攪拌樁分別形成水平向和豎向增強(qiáng)體，從而有效減少沉降。

3.2 換土墊層法

即以砂石、灰土和礦渣等強(qiáng)度較高的材料置換軟土層，從而形成復(fù)合地基，從而提高承載力，實(shí)現(xiàn)加固土層的穩(wěn)定性。該方法具有造價(jià)較低，施工方便等優(yōu)點(diǎn)[21-22]。

3.3 擠密樁法

若遇到孔多的地基，且孔中出現(xiàn)一些灰、石、沙等雜物。此時(shí)，可使用加樁擠密法，使地基更加牢靠，強(qiáng)度更大[23]。

3.4 水泥攪拌樁聯(lián)合堆載排水固結(jié)法

陳盛原等[24]將目前較為常用的2 種軟土地基處理方法水泥攪拌樁法和排水固結(jié)法結(jié)合在了一起，采用“先樁后堆”的工藝進(jìn)行地基處理，處理后的軟土地基承載力得到了提升，且此方法具有對(duì)周圍的環(huán)境影響較小，施工工期短等優(yōu)點(diǎn)。

3.5 高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法是在化學(xué)注漿法的基礎(chǔ)之上，使用高壓射流噴射入提前打好的孔洞。在注漿過程中，土粒將會(huì)在射流的沖擊力等力量的綜合作用下，與漿液進(jìn)行充分混合，從而形成新的結(jié)構(gòu)。漿液和土粒的混合體凝固成型后，土體與形成的固結(jié)體共同構(gòu)成復(fù)合型的新地基，以此來提高軟土地基的承載力和整體強(qiáng)度，降低軟土地基的變形和沉降可能性，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的加固目的[25]。

3.6 立體加筋法

文華等[26]開發(fā)了基于土工合成材料立體加筋法，此方法將土工膜、土工格柵、格賓網(wǎng)在豎直方向上進(jìn)行疊加，充分發(fā)揮不同材料的承載特性，以此來實(shí)現(xiàn)立體加筋的效果，并將這種加筋方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，在現(xiàn)場試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)此種方法具有成本較低、施工簡單以及承載性好等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)束語

針對(duì)軟土地區(qū)輸電線路的不良特性進(jìn)行地基加固處理不僅要根據(jù)實(shí)際情況確定基礎(chǔ)類型以及樁型參數(shù)，更需要通過先進(jìn)的施工技術(shù)進(jìn)行施工，以達(dá)到滿足地基承載力，減少沉降的效果。對(duì)于我國現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法與規(guī)范，輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過于保守，基礎(chǔ)尺寸較國外大，導(dǎo)致混凝土和鋼筋用量過大，造價(jià)過高[27]。今后的輸電線路基礎(chǔ)建設(shè)趨勢主要體現(xiàn)在兩方面：一是采用合理的結(jié)構(gòu)，改善基礎(chǔ)的受力性能，減小基礎(chǔ)的水平作用力和彎矩，使基礎(chǔ)立柱主要承受軸向拉壓力。另一方面是盡可能充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好力學(xué)性能，因地制宜采用原狀土基礎(chǔ)型式[28]。而對(duì)于現(xiàn)有的軟土地基施工技術(shù)應(yīng)在實(shí)踐中不斷完善，并積極引進(jìn)國外先進(jìn)成熟的軟土地基施工技術(shù)，以獲得更好的地基加固效果，從而更好地保證塔桿基礎(chǔ)安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。