750 kV 交流输电线路工程承压水地区基础选型及施工方法研究

周建军，龚 涛，向 越

（中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

承压水是指充满于两个隔水层之间具备承压性质的地下水。随着输电线路工程的不断建设，输电通道日渐紧张，越来越多的输电线路需要途经承压水地区，而承压水对基坑工程的设计及施工有重要影响。在承压水地区，基坑开挖会破坏施工坑内外原有的水土压力平衡，土体易发生显著变形，当变形到达一定程度后就会危及地面建筑、道路等设施，造成严重的工程安全事故[1-2]。因此，合理有效地开发地下空间是输电线路基坑工程的核心课题[3-4]。

1 工程特征

新疆地区750 kV 交流超高压输电线路悬垂塔塔位处于山间洼地，为冲积平原地貌，地层主要为粉质黏土和角砾，处于河流下游季节性积水区，其地质条件如表1 所示。承压水形成原因为：含水层中心部分埋藏在隔水层之下，两端出露于地表，含水层从出露位置较高的补给区（河流下游季节性积水区）获得补给，向另一侧排泄区排泄，中间是承压区。补给区位置较高，水由补给区进入承压区，受到隔水顶底板的限制，含水层充满水，水自身承受压力，并以一定压力作用于隔水顶板。

表1 新疆地区750 kV 交流超高压输电线路悬垂塔塔位的地质条件

根据现场勘测，场地内存在着2 层地下水：第一层地下水赋存于上部黏性土、砂土地层中，为潜水，埋深1.0～2.0 m；第二层地下水赋存于下部角砾、砂土地层，为承压水，承压水头一般高出地表0.5～1.5 m。由于承压水无法人工开挖，所以施工上经常使用的基础型式为柔性大板基础和灌注桩基础。但这2 种基础型式或存在基坑失稳，或产生塌孔、缩径、离析等问题。因此需要通过分析研究来确定合适的基础型式。

2 基础型式选择

2.1 基础选型的原则

结合工程实践经验，基础选型原则如下：结合地形、地质特点及运输条件，展开综合分析比较，选择适宜的基础型式；在安全、可靠的前提下，尽量做到经济、环保，减少施工对环境的破坏；充分发挥每种基础型式的特点，针对不同的地形、地质，选择不同的基础型式；对于不良地基，提出特殊、合理的基础型式和处理措施。根据我国目前输电线路杆塔基础设计和施工现状，结合工程地形、地质特点及基础受力特性，基础方案的确定主要受地形地质、基础作用力、环境保护、施工工艺的影响，工程中需综合考虑这4 方面的因素，确定合理的基础方案。

2.2 典型设计条件

选择典型塔型ZB37101A 和ZB37102A 进行分析，其基础作用力如表2 所示。

表2 典型塔型基础作用力单位：kN

2.3 基础选型对比分析

2.3.1 板式基础

经过基础计算，确定板式基础的基坑深度h=5.4 m，基础型式及工程量如表3 所示。

表3 板式基础工程量

基坑底板抗突涌验算如图1 所示。由于承压水层的存在，大开挖基础存在下列风险：基坑开挖后，基坑底部距离承压含水层顶板距离减小，相应承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层上部土压力可能小于其含水层中承压水顶托力，导致基坑底部失稳，发生突涌现象，严重危害基坑的安全。因此，需对基坑开挖面稳定性进行验算[5-7]。

图1 基坑底板抗突涌验算示意图

基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。即

其中，hs为基坑底至承压含水层顶板间距离，m；γs为基坑底至承压含水层顶板间土的重度，取16.5 kN/m3；Hw为承压水头高度至承压含水层顶板的距离；γw为水的重度，近似取10 kN/m3；Fs为安全系数，一般为1.0～1.2，本文取1.1。

化简式（1）可以得到

为了满足采用板式基础的基坑底板稳定性，需要采用减压措施来降低承压头高度。

假定承压水头高度为地面上1.0 m，已知基坑深度h=5.4 m，承压水顶板埋深7 m，故hs=7-5.4=1.6 m；承压水头距含水层顶板距离H′w=7+1=8 m；根据式（2），计算得到满足基坑底板稳定性时承压水头距含水层顶板的距离Hw为

进一步可得板式基础需要降深承压水头为通过基坑开挖面稳定性验算可知，板式基础施工需将潜水位降低5.6 m，降深的高度较大，水位降深和施工难度大，并且需要采用特殊的降水措施，造价高昂且不利于环保。

2.3.2 承台灌注桩基础

按前述典型塔型、基础作用力以及地质条件，计算得出满足设计要求的双桩承台灌注桩，其基础型式和工程量如表4、表5 所示。同时给出满足要求的单桩基础型式和工程量，后续用作经济性对比。

表4 承台灌注桩基础工程量

表5 单桩基础工程量

由于上述讨论的基础型式的埋深均大于典型地层的潜水层，所以均需要处理潜水层的地下水之后再进一步处理下部的承压水。

承台开挖过程中也存在板式基础开挖的风险，需要降低承压水头高度。承台开挖也按照承压水头高度为地面上1.0 m 计算，计算过程如下。

已知承台基坑深度h=2.8 m，承压水顶板埋深7 m，故hs=7-2.8=4.2 m；承压水头距含水层顶板的距离H′w=7+1=8 m；根据式（2），计算得到满足基坑底板稳定性时承压水头距含水层顶板的距离Hw为

可得灌注桩基础需要降深承压水头为

上述计算表明，灌注桩施工需将承压水位降低1.7 m，远小于板式基础施工的水位降深，不仅降低了施工难度，而且造价也更加经济合理。

由于单桩基础施工的桩深进入了承压水层，施工困难且造价高昂，故不选用单桩基础。

2.3.3 经济性和环保性对比

以ZB37102A 的3 种基础型式进行对比分析（单桩基础仅用于经济性对比分析，不在实际工程使用），分析结果为：板式基础的混凝土量26.00 m3、承台基坑深度5.40 m、垫层（C25）3.60 m3、HCPE 防腐涂层105.50 m2，其单个基础费用10.9 万元；灌注桩基础的混凝土量28.10 m3，承台基坑深度2.80 m、垫层（C25）0.99 m3、HCPE 防腐涂层37.90 m2，其单个基础费用8.3 万元；单柱基础的混凝土量15.95 m3、承台基坑深度9.50 m、垫层（C25）0.35 m3、HCPE 防腐涂层56.60 m2，其单个基础费用6.7 万元。

对比表明，承台灌注桩基础与板式基础工程量基本相当，除了基坑深度外，单桩基础的工程量少于前两者。同时，在工程造价方面，单个灌注桩基础比板式基础少2.6 万元，费用降低了约24%，承台灌注桩基础的经济性优势明显，单桩基础比板式基础少4.2 万元，费用降低了约38%，但由于单桩基础降水困难，施工难度大，故经济性不具有优势。在环保性方面，与板式基础和单桩基础相比，承台基坑开挖浅，施工难度及安全风险低。同时开挖方量小，不会大规模地破坏地下水资源，对当地环境影响小，符合环保和水保的时代要求。因此，采用承台灌注桩基础是合理的。

2.3.4 施工方案对比

板式基础挖方量大，基坑深。为了能够顺利施工，保证基坑成型不发生承压水涌水事故，需要大规模降低潜水水位和承压水头高度，承压水头需降低5.6 m，降水难度大、工程量大，需采取特殊的降水措施，将会大规模破坏地下水资源。

同时板式基础基坑开挖深度为5.4 m，施工过程属于危险性较大的分部分项工程[8]，需要进行专项施工方案审查及风险控制；施工难度大，危险性高。因此，在承压水区域不推荐采用板式基础。

单桩基础的基础施工桩深进入了承压水层，施工过程也属于危险性较大的分部分项工程，施工困难且造价高昂，因此在承压水区域不推荐采用单桩基础。

承台灌注桩基础施工工艺成熟，机械化程度高，在承台灌注桩基础施工中，需降低的承压水头小，降水难度低，且承台基坑开挖浅，施工难度及安全风险低，因此承压水区域推荐采用承台灌注桩基础。

3 承压水地区灌注桩施工工艺

3.1 灌注桩基桩施工

灌注桩施工前，需要保持承压水头稳定至地面以下。待塔位所有的灌注桩浇筑完成，并达到初凝时间后，方可阶段性暂停承压水减压。同时要合理布置泥浆池位置，泥浆池要做防漏措施，避免泥浆池漏水影响土体稳定。

成孔过程中，应每隔2 h 或在地质条件发生变化时做好泥浆性能检查和记录工作，确保各项指标符合要求。当进入承压水层时，每隔0.5 h 检查泥浆和地质渣样。合理控制冲程，对不同地质采用不同冲程，变换冲程时，严禁极速变换，应循序渐进。承压水地层成孔时，成孔作业必须连续进行，不得中断，以避免可能造成的承压水涌出现象，导致塌孔。清孔完成后，使用检孔器及测量绳检查孔径、孔深、孔的倾斜度，结果必须满足规范和设计要求。钢筋笼安装完成后立即进行导管安装，灌注桩混凝土浇筑应保证足够的混凝土初灌量。水下混凝土灌注应连续进行，不得中断，对可能发生的堵管、导管进水等事故情况，应预先制定适当的处理措施及时有效地处理。

3.2 承台施工

承台开挖前为保证不发生突涌等问题，必须再次降低承压水水头至指定深度，并保持稳定至承台完工。承台基坑开挖时应采取有效的措施降低上部潜水位至坑底设计标高下1 m，保证基坑开挖的安全与稳定以及基础浇制的正常进行。开挖期间，防止地表水和基坑排出水倒流回渗入基坑；同时不宜设置坑内排水沟和集水井，以免基坑塌方或突涌。基坑开挖宜分层进行，层厚不宜超过2.5 m，坑底应人工开挖整平，防止对坑底地基土的扰动；土方随开挖随运走，坑边和坡顶不应堆土。

承台混凝土应一次浇筑完成，混凝土入槽宜采用平铺法。承台混凝土浇筑必须保证地脚螺栓位置准确，误差须控制在容许范围内。地脚螺栓在支模时必须固定得绝对可靠，浇筑时若发现偏移必须实时校正，直至基础浇注完毕。

承台拆模后，经监理人员检查合格后方可回填，回填土应分层夯实，每层厚度300 mm，回填土应高出地面500 mm 做防沉层；施工过程中随时观测承压水位变化，保持承压水位稳定在安全位置，确保不发生突涌和管涌。

4 结论

本文以新疆地区750 kV 交流输电线路直线塔基础设计进行了基础选型研究，对比分析了板式基础、单桩基础与承台灌注桩基础的经济性和环保性，推荐了承压水区域的基础型式及相应的施工方法。主要结论如下：

a）在经济性方面，单个承台灌注桩基础费用比板式基础费用少2.6 万元，费用降低了约24%，单桩基础费用比板式基础少4.2 万元，费用降低了约38%。同时考虑承压水头的降深费用，灌注桩基础的经济性优势明显。

b）在环保性方面，与板式基础和单桩基础相比，承台基坑开挖深度浅，开挖方量小，施工难度及安全风险低，不会大规模破坏地下水资源，对当地环境影响小，更符合环保和水保的时代要求。

c）在施工方面，相同地质条件下，板式基础需要降低的承压水头量远大于承台灌注桩基础，板式基础的承压水头降深工作量巨大，施工难度高；单桩基础的基础施工桩深进入了承压水层，施工困难且造价高昂；而承台灌注桩基础施工工艺成熟，机械化程度高，施工中需降低的潜水位及承压水头小，降水难度低，且承台基坑开挖浅，施工难度及安全风险低。因此，承压水地区输电线路基础推荐采用灌注桩基础，同时也给出了承压水区域灌注桩的施工工艺，具有一定的工程价值。