高原冻土区输电线路锥柱基础施工质量控制

左 锋，张洪斌

（兰州开元工程监理有限责任公司，甘肃 兰州730050）

0 引 言

随着国家经济建设的不断发展，电网建设也在不断向高纬度、高海拔和高寒地区延伸。西藏地区冻土带分布广泛，为了解决冻土的冻胀和融沉给输电线路基础带来的威胁与侵害，近年来，西藏地区高电压等级输电线路在冻土区普遍采用一种锥柱基础形式来削弱冻土地质灾害对输电线路安全运行的影响。为此，笔者就高原冻土条件下锥柱基础的施工方法和质量控制进行阐述。

1 冻 土

冻土是指0℃ 以下含有冰的岩石和土壤。冻土是一种特殊的土体，其组成、结构和热物理学及力学性质独特。冻土含冰，对环境温度的变化敏感。当环境温度降低（冬季），冻土层冻结，体积增大，产生冻胀；当环境温度升高（夏季），冻土层融化，产生融沉。冻土对输电线路基础造成危害的主要成因，是作用于线路基础上的切向冻胀力。国内外工程试验研究表明，若采用锥柱基础形式，当倾角 θ≥9º 时（见图1），将不会出现因切向冻胀力作用而破坏混凝土基础。

图1 基础防冻处理示意图

2 锥柱基础的特点

锥柱基础既具有斜面基础消剪切向冻胀力的特点，又具备锚固基础的抗拔稳定优势。锥柱基础能消减切向冻胀力的机理在于：作用在基础立柱部分的法向冻胀力与切向冻胀力在垂直方向的分力可相互抵消，而锥柱基础扩展部分的锚固作用又与开挖类基础相同，因而锥柱基础兼具斜面基础和锚固基础的抗冻拔特性，且具有显著的防冻胀性能。近年来，西藏等高原冻土区普遍采用玻璃钢模板抗冻技术，进一步提高了输电线路基础的抗冻胀性能。玻璃钢模板替代传统模板，省去了基础养护和拆模流程，缩短了基础在基坑中的暴露时间，减少了对冻土的扰动以及混凝土浇筑时水化热对冻土的影响。另外，玻璃钢模板具有表面光滑、憎水和防腐的特性，在进一步减小切向冻胀力的同时，避免了混凝土基础受到土壤中杂质元素的侵蚀；在阻隔冻土中冰水与基础直接接触的同时，杜绝了反复冻融循环过程对混凝土基础造成破坏。

3 锥柱基础施工工艺流程

输电线路中锥柱基础施工工艺流程：施工准备→路径测量与分坑→基坑开挖→垫层敷设→钢筋绑扎→玻璃钢模板安装→混凝土浇筑→基础检查→基础回填→场地清理。

4 锥柱基础施工质量控制要点

4.1 路径测量与分坑的质量控制

施工复测应以设计勘测标定的两相邻直线桩为基准，分别复测中心桩、线路转角、档距等线路路径参数。复测结果检核中应注意以下事项：若以相邻两直线桩作为基准，则其横线路方向偏差大于50mm；塔位中心桩或直线桩的桩间距离相对设计值的偏差大于1%；用方向法复测转角桩的角度，若设计值的偏差大于1′30″，应及时查明原因，予以纠正后方可转序；同一施工段内若存在三处超差，则全段应重新复测；按照分坑手册所给定的放线尺寸进行分坑测量；为方便玻璃钢模板和地脚螺栓的放线、安装和找正，应在坑位附近建立可靠的辅助桩位；基础分坑结束后，应妥善保护好基础中心桩、转角塔位移桩和二等分线桩，以此作为基础检查和验收的依据。

4.2 基坑开挖及回填的质量控制

基坑开挖时，应保留塔位中心桩或将中心桩引测至可靠处，以便对基础标高、高差和坑深等基坑参数进行测设。为尽量减少对原状冻土的扰动，可采用机械开挖，开挖深度达到设计埋深前应预留200mm～300 mm 冻土层，在支模前进行基坑操平时，由人工开挖至设计深度，以进一步减少对冻土地基的扰动。基坑深度应以设计的施工基面为准，允许偏差控制在 －50 mm～－100 mm 以内，基坑底部应按最深处进行操平处理，当基坑坑深偏差超过＋100 mm 时，其超深部分应进行铺石灌浆处理。另外，在基坑开挖过程中，应注意坑壁边坡的稳定情况，为减少对冻土的扰动，不可随意扩大边坡；按相关规范要求，应将放坡系数控制在1∶0.3；冻土回填前，应清除干净坑内冰雪，捣碎冻土块，清除冰雪后方可回填，回填应按每层300mm 厚度分层夯实，压实系数不得小于原状土的80%，回填后应设置防沉层，其范围不小于基坑上部边宽。冻土坑回填完成后，经历一个冻融期，随后及时进行二次补填。

4.3 玻璃钢模板安装的质量控制

玻璃钢模板安装前应复核设计尺寸，检查防腐涂层的连续性和完整性，安装过程中应有防刮伤和防碰撞措施。基础整体支模步骤如下：安装底层模板→安装控制玻璃钢模板框架钢管→安装玻璃钢模板→安装地脚螺栓。其中，安装控制玻璃钢模板框架钢管是玻璃钢模板安装工序的关键。充分发挥安装钢管的限位、固定和支顶作用，是防止混凝土浇筑时跑模和偏斜的关键。在底层模板上架设托架角钢，并且将玻璃钢模板逐块安装在托架角钢上，安装时务必要控制各支撑器和支撑木的支顶位置和布置间距，确保玻璃钢模板在浇筑过程中不发生位移和变形。地脚螺栓安装时应采用模具找正，地脚螺栓模具除了厚度应满足抗变形要求以外，模具上观测定位孔位置应正确并经复检合格。地脚螺栓找正和操平后应全面检查基础标高、基础顶面相对高差、基础根开及对角线、地脚螺栓小根开及对角线等基础参数。玻璃钢模板安装工序中的质量控制重点应放在以下两个关键质控点：一是玻璃钢立柱模板与锥柱底座模板的内口尺寸偏差应在 －2%～－1% 之间；二是玻璃钢立柱模板在底层模板上的位移应小于3mm。

4.4 混凝土浇筑的质量控制

为了减少基础施工对多年冻土的影响，输电线路杆塔基础施工宜在低温季节进行，因而本节中混凝土施工应采用负温混凝土施工工艺。混凝土配合比计量采用重量比形式，砂石用量误差应控制在3% 以内，水泥用量误差应控制在2% 以内，早强剂、防冻剂等外加剂应根据实际气温值按配合比和使用说明书进行现场试验，确定其用量，并且派专人负责添加和记录。C30 基础混凝土最大水胶比为0.5，抗冻等级不得低于 F150。

在低温季冻土区施工，浇筑期的平均气温通常低于0℃，因此，混凝土搅拌用的水和砂石料应在搅拌前事先加热，搅拌用水泥因不得直接加热而需要放置在专用暖棚内升温，搅拌用水的加热可根据实际气温及实测入模温度值进行调节。一般来说，当气温高于 －15℃ 时，搅拌水应加热至60℃～70℃，混凝土入模温度宜控制在6℃～8℃ 之间；当气温低于 －15℃时，搅拌水可加热至70℃～80℃ 之间，混凝土入模温度宜控制在8℃～12℃ 之间。通过混凝土冬期施工热工计算，确保砂石和水泥等搅拌料的温度满足混凝土入模的最低温度要求，值得注意的是，水泥不得直接加热。本文中现浇基础混凝土虽不拆模，但仍应保持＋5℃ 以上正温养护，直至混凝土抗压强度达到设计值70% 以上时方可回填。因此，本文中现浇混凝土保温应采用蓄热法或暖棚法，在保温期内，应严格进行测温监控，在暖棚内选择典型位置布控测温点，每昼夜测温不应少于4次。

在浇筑混凝土基础过程中，每日或每基基础至少检查2 次坍落度和配合比，确保检查结果满足设计文件和规范的要求。试块是检查混凝土基础是否达到设计强度的依据，每基直线塔现浇基础试块，应现场制作两组，其中28d 标准试块1组，作为强度验收依据，同条件长龄期1组作为结构实体检验依据。耐张塔现浇基础试块现场制作3组，其中28d 标准试块1组，作为强度验收依据，同条件长龄期2组作为结构实体检验依据。

4.5 基础质量验收及评定

基础质量验收分两部分：单腿基础验收和整基杆塔基础质量验收，其质量验收和评定主控项目分别列于表1和表2中。另外，根据国家电网相关规范要求，冻土区输电线路基础施工后，应在基础上设置沉降位移观测点，以供长期观测基础根开、对角线和锥柱顶面高差等参数是否满足设计和验收规范的要求。

表1 单腿基础质量验收主控项目表

表2 整基杆塔基础质量验收主控项目表

5 结 语

锥柱基础是冻土区输电线路基础常用的基础形式，对于必须依靠深埋才能抵抗上拔力和冻胀力的基础而言，锥柱基础能够减少基坑开挖量和混凝土方量，更加有利于减少对冻土的扰动和水化热对周边冻土的影响。玻璃钢模板技术在冻土区基础中的应用则更进一步加强了混凝土的综合抗冻能力，降低了多年冻土对输电线路基础的影响。实践表明，锥柱基础加玻璃钢模板抗冻技术已经成为高原冻土条件下输变电线路基础的首选基础形式，其设计、施工工艺先进，社会经济效益明显。