载体桩技术及其在输变电工程中的应用前景分析

李钧超 王龙 田宏梁 韩自刚 张雅强

摘 要：载体桩作为一种地基处理的新方式，具有技术可行、造价低廉等特点。它通过加固桩端持力层的方式来提高地基的承载力，在环境比较差以及土层条件比较差的地区具有一定的优势。本文在总结载体桩技术及其应用性能方面的研究的基础上，结合输变电工程中基础处理的复杂性以及不同地质条件下的处理方式，阐述了载体桩在输变电工程中的应用前景，对于载体桩的推广具有重要的借鉴意义。

关键词：载体桩；输变电工程；地基处理；适用性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.173

1 引言

随着国家经济与城市化的不断发展，为电力产业发展带来了更多发展机遇。输变电工程作为电力系统最为重要的一环，其质量的好坏直接影响到供电的可靠性与稳定性。由于输电杆塔基础点多、面广、跨度大，一般绵延上千公里，需要跨越各种气候、地质复杂的自然条件，使得输电塔基础在实际服役过程中体现出不同的受力性能。当输电线路处于地质条件复杂的地区时，采用以往的复合地基等处理方法处理其基础时就显得及其不经济，而载体桩作为一种新的地基处理方式，在处理复杂地质条件下的基础具有一定的优越性。载体桩是一种比较新的地基处理方式，其在实际工程中的应用效果也处于待考察阶段。本文的目的在于总结载体桩的受力原理与传力特点以及输变电工程中地基处理的复杂性，分别介绍了载体桩在实际中的应用以及输变电工程中在实际工程中处理基础所出现的问题，这对于载体桩在输变电工程中的应用具有积极地推广作用。

2 载体桩性能及机理

2.1 载体桩构成

载体桩是由混凝土桩身和载体构成的桩。其中，载体是由混凝土、夯实填充料、挤密土体三部分构成的承载体。

载体桩的承载力主要来自于载体，其技术原理为通过对填料的夯实，挤压土体，从而增加桩端以下土体密实度并形成扩展基础，实现力的扩散，最终提高单桩承载力。其优点在于：（1）通过桩基受力，承台梁直接将上部荷载传递到深层地基土中，荷载传递形式简单；（2）单桩承载力高，是相同桩径、桩长普通灌注桩承载力的3～5倍，并且可通过调整施工参数调节单桩的承载力；（3）施工工艺简单、质量易控制，施工中无需场地降水，减少工程量，缩短了工期；（4）可消纳建筑垃圾，保护了环境，绿色环保、无污染；（5）在满足承载力要求下，持力层选择多样，可降低桩长，减少桩基础施工造价。其缺点在于：（1）对填料的夯实，挤压土体，施工时对周围建筑或管线产生挤土效应；（2）锤击产生振动，临近有居民楼时，施工受到一定限制。

2.2 应用范围

就目前来说，载体桩得到了很大的发展并在很多地方得到了应用，取得了良好的经济效益。

袁国涛、陈龙等人[1]研究了载体桩施工技术，认为载体桩作为一种全新的施工技术，理论上，在地面下不超过25m深度内存在设计要求的持力层时，都可以采用该技术。钟权强[2]分析了载体桩桩身在施工中的质量问题及控制措施，认为载体桩属于挤土型桩，不同的地质条件下挤土效应的强度的影响范围不同，特别是在一些地质条件比较复杂的地区，采用载体桩时需要进行试桩。戴恒、李蔚林[3]等人研究了载体桩在黄石地区地基处理中的应用，研究认为，通过挤压土体可起到部分消除砂土液化的作用。程峰[4]研究了载体桩在湿陷性黄土中的应用，研究表明：在湿陷性黄土较厚地段，在同等条件下（场地面积、湿陷土层较厚），载体桩方案不仅性价比高，而且大大缩短工期；在承载力要求低，水平承载力小的建筑中采用载体桩技术既能合理降低基建成本，节约工期，又能消除建筑垃圾。陈追田、郑玉辉[5]等人研究了成都粘土中载体桩承载力的相关分析，研究表明：成都粘土中载体桩承载力容易控制，承载力比较稳定。穆明、丁鹏等人[6]研究了载体桩在鲁北地区应用的适宜性，研究表明，载体桩在改良周围土体方面效果明显，能有效的大幅提高地基土承载力。载体桩环保节能，性能比较高，技术经济效果十分明显。李辉[7]研究了载体桩在高层民用建筑中的应用，研究表明：载体桩在地基承载力及变形处理方面具有极大的优势，同等技术条件下，载体桩基础比复合地基更合理。杜明芳、王清山[8]等人进行了了载体桩在郑东新区密实砂土持力层中的试验研究，通过载体桩基础单桩基础静载荷试验和载体桩复合地基静荷载试验，分别对两种方案的承载力与实验值进行了对比。研究认为，载体桩基础单桩在密实砂土持力层中沉降随荷载的增加会出现陡降现象，且桩端土体丧失或基本丧失弹性，不能继续承压；而载体桩复合地基静载荷试验的荷载-挠度曲线为缓变形，其复合地基承载力特征值可按相对变形值确定。

总的来说，一方面载体桩是基于锤击沉管灌注桩和扩底桩原型创新升级的新型地基处理方案，它是比较新型的桩体施工方法。不仅继承了挤土桩和灌注桩的优点，又能利用桩端的扩大头充分提高地基承载能力，其承载力高、成本低、实用性强、对场地要求不高、工艺简单、质量易控制等优点正在逐渐被业内所认可。另一方面目前对于载体桩的研究还很少，所以在已经研究成果的基础上对其进行更深的研究是很有必要的，将其引入到不同的工程领域中会带来极大的经济效益。

3 载体桩在输变电工程的应用前景

输变电工程在结构和部局上不同于一般的工业与民用建筑，分部分项工程多，地域跨度大，荷载变化大，抗压和抗拔复合，对环境和沉降的敏感程度高，因此，在电网工程中，结构设计和地基处理相对较为保守。

目前，输变电工程的地基处理主要为换填垫层法、挤密桩法和钢筋砼钻孔灌注桩法。以上方法经过了大量的工程实践，其适用性和安全性均得到的结构设计人员的认可。相对于其它工民建项目，输变电工程由国家投资，在地基处理方案的经济投资对比方面一般相对较为粗放，这就为类似于载体桩等新工法的引入造成了障碍。

一般来说，当变电站处于较差的地形、地貌和巖土条件下时，多数建、构筑物需要采取复合地基处理甚至桩基础。现在的变电站规模较大，地基处理费用相当可观，采用载体桩的优势较为明显。由于线路工程占地跨度较大，地形、地貌和岩土条件变化较大，且线路杆、塔基竖向抗压承载力要求较低，竖向抗拔及抗倾覆要求较高，另外考虑桩基设备频繁转场的问题，载体桩的适用性尚需根据具体情况进行

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分析。此外，当线路工程位于高填方、液化土层、湿陷性土层中时，由于载体桩的打入挤土作用及高承载力的特点，相对于其它地基处理方案，仍具有较高的性价比，可作为优先考虑的地基处理方案。

随着国家经济的进一步发展，为电力产业带来了越来越多的发展机遇，而输变电工程在电力产业的发展中扮演了极其重要的角色。输变电工程中的线路设计有可能涉及到地质比较复杂的地带，此时复合地基的应用就极有可能显得非常不经济。载体桩作为一种新型的处理基础的方式，在处理复杂地质条件下的基础具有一定的优势。而目前对于载体桩在输变电工程的应用实例很少，一方面作为新型的基础处理技术，其可行性与安全性有待考证；另一方面输变电工程有一套比较成熟的基础处理技术，作为新技术的载体桩基础处理技术的引入就有一定困难。本文通过对载体桩和输变电工程的特点以及应用的阐述，为载体桩在输变电工程中的应用提供一定的依据，同时对更合理、更经济、更环保的输变电工程基础处理方式的发展起到积极地推动作用。

参考文献：

[1]袁国涛，陈龙，岳东成等.载体桩施工技术[J].施工技术，2017

（S1）：80-83.

[2]钟权强.载体桩桩身在施工中的质量问题及控制措施[J].工程技术，2010.

[3]戴恒，李蔚林，马锐等.载体桩在黄石地区桩基工程中的应用探讨[J].资源环境与工程，2016，30（06）：980-982.

[4]程峰.载体桩在湿陷性黄土中的应用[J].山西建筑，2017（31）： 022.

[5]陈追田，郑玉辉，王惠昌.成都粘土中载体桩承载力分析[J].岩土工程技术，2008（03）：136-138.

[6]李辉.载体桩桩筏基础在高层民用建筑中的应用[J].建筑结构，

2016（S1）：803-805.

[7]杜明芳，王清山，李帅兵.载体桩在郑东新区密实砂土持力层中的试验研究[J].工程勘察，2014（03）：24-27.

作者简介：李钧超（1989-），男，宁夏银川人，本科，工程师，主要研究方向：变电工程技术。