钢模制复合沉井基础在输电线路上的应用

王高益

(海南电力设计研究院，海口 570203)

长流—海口牵引站220 kV线路新建工程是海南省2010年的重点建设项目，是海南东环高铁海口牵引站的唯一供电线路，线路全长8.5 km。按照规划要求，工程全线沿着新建的南海大道和粤海大道规划绿化带架设，离道路中心距离为25 m。由于建立塔基时绿化带还未建成，仍是成片的水田和鱼塘，相互间仅有0.6 m宽的鱼塘埂隔开，塔位就分布在水田和鱼塘中。另外，根据地质勘察报告描述，水田和鱼塘中的塔位地质上层是约3.0 m厚或者更厚的淤泥质粘土、下层为较厚的中砂和细砂。在这种软弱地基施工会产生流砂情况，究竟选用何种基础型式对整个输电线路工程非常重要。对此，本文结合以往施工经验提出采用一种改进型的复合沉井基础——钢模制复合沉井基础型式，分析了其在输电线路上的应用效果。

1 复合沉井基础的构成和作用原理

1.1 复合沉井基础的定义和构成

沉井是一种井筒状构造物，是利用人工或机械方法清除井内土石，借助井体自重及其它辅助措施而逐步下沉至设计标高，再浇筑混凝土封底并填塞井孔形成的构筑物基础。复合沉井基础属于刚性基础，由上、下两部分组成，上部分为方形二台阶，下部是薄壁钢筋混凝土圆形沉井，沉井顶端露出的钢筋伸入上部台阶底板与之相连，构成一个不同于桩基又不同于阶梯式基础的复合式基础［1－3］。

1.2 复合沉井基础的作用原理

复合沉井基础的工作机理介于桩基与阶梯式基础之间，其上拔稳定由基础自重、台阶上的土重、井内填土重和沉井外壁与土壤间的摩阻力来平衡;下压稳定由沉井底面和上部台阶底板(沉井面积除外)的反力以及沉井外壁与土壤间的摩阻力来平衡;倾覆力矩由基础自重产生的抗倾覆力矩来达到规定的稳定安全要求［4］。

2 复合沉井基础的特点及适用条件

2.1 复合沉井基础的特点

1)整体性强，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。

2)施工工艺简便，技术稳妥可靠，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，保证基础稳定性。

3)与大开挖基础相比较，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，操作简便，无需特殊的专业设备。

4)沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，能防止地下水和地表水浸入基坑，特别是能阻挡流沙的流动，保证基坑成型，减少对软土地基的扰动。

2.2 复合沉井基础的适用条件

沉井基础最适合在不太透水的土层中下沉，其易于控制沉井下沉方向，避免倾斜，主要运用在输电线路工程中的下列情况［5］:

1)施工难度大的流砂和软弱地层中。

2)在山区河流中，虽土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工。

3)岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难。

4)上部荷载较大，表层地基土承载力不足，而在一定深度下有较好的持力层。

3 钢模制复合沉井基础的改进点和实施方法

3.1 钢模制复合沉井基础的改进点

在输电线路工程中地质条件较差的地段，若采用传统的钢筋混凝土制复合沉井基础，将重达10 t左右的预制构件运送到施工塔位，需要考虑现场交通运输条件，以及施工机器具的进出场和作业条件;需要专门修筑运送沉井和吊车进场道路，另外，还要修筑一个吊车起吊沉井的作业平台，势必大大增加工程造价;若采用灌注桩基础，同样需要修筑桩基设备进场道路和桩基作业平台，也会大大增加工程造价［6－8］。为了解决输电线路中的这些问题和困难，钢模制复合沉井基础技术应运而生，它将沉井由传统的薄壁钢筋混凝土构造改为采用拼装焊接式钢模构造，将钢模切割成许多小的构件，以利于人工搬运，不再需要修筑沉井和吊车进场道路以及吊装沉井的作业平台，不仅可大大节省施工便道费和措施费，而且还可避免因修路破坏青苗等带来的一系列施工受阻问题。两种构造的复合沉井基础如图1、图2所示。

图1 薄壁钢筋混凝土复合沉井基础Fig.1 Composite caisson foundation of thin wall reinforced concrete

图2 钢模制复合沉井基础Fig.2 Steel molded composite caisson foundation

3.2 钢模制复合沉井基础实施方法

钢模制复合沉井基础整个施工过程按下述技术步骤实施。

1)根据计算原理确定钢模式沉井基础的设计周长和长度。

2)按照每层高度1 m自下而上将沉井分为n层(依次为M1、M2…、Mn)，最后两层取剩余高度的平均值，并做好标记。

3)根据每一层的沉井周长，按照每节重量不大于200 kg的原则将每层沉井平均分割成n节(依次为 N1、N2…、Nn)，并做好标记。

表1 各基础方案主要耗材对比Tab.1 Comparison of main materials for the basic scheme

4)采用人工搬运的方式，将钢模各构件运抵塔位，然后按顺序编号将各构件逐节、逐层拼装焊接。

5)按照一层一层下沉的方式开始施工，直至沉井下沉到设计深度。

4 钢模制复合沉井基础在输电线路上的应用

长流—海口牵引站220 kV线路新建工程由于在初步设计阶段未对线路每基塔做具体定位和详细的地质勘探，基础设计方案全部采用钻孔灌注桩基础，并统一计列了一笔桩机进场修路费和桩机施工作业平台措施费;待到具体施工图设计阶段，发现基础型式采用钻孔灌注桩基础根本无法实施，原因之一就是规划区沿线的村民以破坏鱼塘养鱼、养虾和水田种经济作物为由，不允许修筑施工便道和施工作业平台，尤其是本工程P38、P39、P40、P50和P51这五基塔需要修施工便道长约200～300 m，另外一个原因就是采用灌注桩基础及配套的措施费用太高，不是最优的设计方案。鉴于既定的地质条件和线路周边的施工环境，打算使用目前在输电线路上少用的复合沉井基础，但因其个体庞大、单体较重，同样存在需要修筑施工便道及作业平台的问题，为此，通过大量的计算分析决定采用钢模构造替代传统的薄壁钢筋混凝土构造来解决上述问题。现对本工程采用钻孔灌注桩基础、薄壁钢筋混凝土构造复合沉井基础和钢模构造复合沉井基础这三种基础方案做经济技术比较，各基础方案主要耗材对比如表1所示(单基铁塔、以SZ402塔为例)。

从表1可知，依据本工程的软弱地层和流砂等不良地质条件和塔位分布，采用复合沉井基础较为适宜，与采用灌注桩基础相比，节省费用约48.8%;采用改进型的钢模制复合沉井基础则更加经济实惠，可节省费用约217.8%，这还是本体费用的差别，加上青苗赔偿的话，本工程采用钢模制复合沉井基础的优越性就更加突出。本工程钢模制复合沉井基础施工的现场照片如图3、图4所示。

图3 沉井各切块构件图Fig.3 Cutting member diagram of open caisson

图4 沉井下沉示意图Fig.4 Open caisson sinking diagram

5 结语

通过本文分析得知，输电线路经过施工难度大的流砂和软弱地层等不良地质区域时，采用复合沉井基础较为经济合理，尤其是采用本工程首创的钢模制复合沉井基础，则更加经济合理。不仅可大大节省工程本体造价，而且还可减少因青苗补偿等带来的一系列施工受阻问题，充分显现了经济效益、环保效益和社会效益。另外，长流——海口牵引站220 kV线路新建工程，自2010年投产运行以来，在海南岛上先后经历了诸如“海燕”、“威马逊”等多个超强台风的检验，由此证明了本文提出的改进型钢模制复合沉井基础安全可行，可在全国的输电线路工程中推广应用。

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