软土地区输电线路桩基础设计与施工技术

关维坚

（广东电网有限责任公司阳江供电局，广东阳江 529500）

随着特高压工程的快速建设，无可避免地会在软土地区进行大型输电线路的建造[1]。所谓的软土是一类不良土体，主要包括黏性土、淤泥质土、淤泥和泥炭等。其具有压缩性高、稳定性低、透水性差和抗剪强度低等不良特征，包括：压缩性高[2]，软土大多具有蜂窝状结构，土体中孔隙较大，进而导致压缩系数较高，在受到土体上方垂直压力时，容易产生严重的土体变形，从而导致房屋塌陷；含水率高，由于软土的组成特殊，软土的天然含水量大多大于35%，因此，在实际工程中容易发生排水固结，导致建筑物发生较大沉降；抗剪强度低，软土地区土体通常呈软塑与流塑混合存在的状态，这就导致其在外部荷载作用下，抗剪强度较低；透水性低，由于土体含水量较高，土体大多处于饱和状态，从而极大影响了土体的承载力。

由于软土给建筑物带来的种种危害，在进行大型输电线路基础建造时，必须结合当地地质条件选择合适的基础。而桩基础作为软土地区输电线路最常用的基础，其基础设计与施工技术的选择便显得尤为重要。基于此，本文结合最新研究进展，综述了软土地区输电线路的常用桩基础类型以及具体施工技术，提出未来研究方向，供相关技术人员参考。

1 输电线路桩基础设计与施工技术方案

桩基础由桩身和承台构成。所谓桩基础，就是由承台将若干根桩的顶部连接成整体，共同承受荷载的一种深基础。使得荷载能够均匀地传递给桩基，从而有效减少地基沉降。具有较大的整体性和抗侧刚度。软土地区输电线路多采用桩基础的原因在于其能够提供较大的承载力，施工后沉降小，较为经济。若采用板式地基[3]，在基础上部能够抵抗上拔作用的土体量较小。因此，常常需要加大底板尺寸，不适于在软土地区中使用。

1.1 输电线路桩基础的类型

在输电线路基础形式选择中，较为常用的是灌注桩基础。根据承载力设计与沉降设计的要求，又可分为后注浆灌注桩，挤扩支盘桩等桩型，也有时需要使用复合地基，这就导致工程量和造价偏大。因此，李国文等[4]通过分析常规输电线路桩基础的优缺点并结合了软土的特殊地质，研发出了一种“桩周浅层地基加固与中心基桩联合应用”的新型桩基础形式，阐明了该新型基础的水平承载机理、破坏模式以及关键参数的控制。其原理就在于桩周加固体对相应中心桩产生了显著的约束作用，在增大桩顶抗水平变形刚度的同时提高了其带裂缝工作的性能。因此，该新型桩基比常规桩基能够承担更大的承载力。他们的研究还发现在浅层天然地基土体较差、基础水平承载要求较高时使用这种地基，能够大幅度减少基础混凝土用量，从而减少造价，达到良好的经济性。

对于城市输电线路而言，由于需要减少占地面积，降低造价，同时需要考虑小型机械设备进场等因素，往往需要采用钢管桩基础。钟维军等[5]基于当今社会架空输电线路走廊日趋紧张的现象，分析了适合于城市输电线路使用的钢管桩基础的优点，这种桩基础能较好地满足承载力设计要求，与上部杆塔结构一致且造价低、占地面积最小、施工周期短。钢管杆线路都在道路两侧，提供了良好的运输和吊装环境，适合软土地区输电线路基础的使用。他们的研究还提出了钢管桩基础的常用施工方案以及补强措施。

灌注群桩[6]基础也是在软土地区淤泥地基，特别是涉及跨江、跨大河或导线多分裂多回路时较为常用。所谓群桩基础，就是由2 根以上的基桩组成的桩基础。但是，要想其充分发挥性能，减少沉降，其施工质量必须严格把控。在施工前，施工人员应该加强对图纸的熟悉以及审查并对施工所需要的机械设备和原材料一一清点。在施工过程中，应严格按照灌注群桩的常用施工方法进行施工，根据具体情况选择不同的成孔方式，尽量避免挤土、振动现象对土层的影响。该基础能够承受更大的水平荷载和垂直荷载，在软土地区淤泥地基中得到广泛使用。

对于软土地区输电线路杆塔基础，由于其经常需要经过一些泥沼地段，常规的大型灌注桩基础往往直径、桩长均较大。受地形、路况限制难以施工。而联合基础则需要大量的混凝土用量，造价较高。此时，便产生了一种微型桩基础[7]，其具有施工速度快、作业面小、布置灵活和承载力高且沉降小等优势。杜荣忠[8]通过实验研究发现，微型桩基础较大直径灌注桩能有效减少混凝土土方使用量，但小承台和小立柱需要多增加配筋。但总的来说，还是节约了造价，具有较强的推广性。张晓红等[9]通过微型桩抗压静载荷试验、抗拔静载荷试验研究发现，采用二次注浆的微型桩基础相比于其他实体地基更具有可靠性，造价合理，能够取得较好的社会经济效益。

近十年来，在各种特高压工程的快速发展下，输电线路的送电距离越来越长，输电线路途径的地质条件也越来越复杂，塔杆所需要承担的荷载也越来越大。面对各种不同的地质环境，需要综合考虑各种因素，合理地选择安全、经济的输电线路的桩基类型，以保证输电线路的安全运作。

1.2 桩基础的设计要点

桩基础的设计，主要包括承载力和沉降的计算[10-11]。其中，沉降计算是重中之重。然而，目前关于软土地区的沉降计算仍然以手算为主，这种方法以大量的假设为前提。这就导致了计算结果存在较大的误差。在实际工程中，必须考虑群桩效应以及桩土之间的相互作用，杨敏等[12]通过对传统桩基础沉降计算方法的总结与创新，设计出了“同济启明星桩基础沉降计算软件SCSF”，并将实验结果与软件结果进行了比对，达到了较高的吻合度。利用此软件可以较为方便且精准地计算地基沉降量，节约了大量时间。而对于承载力的计算则需要对桩身进行前期勘察，通过试验测定单桩承载力并以此为依据选择合适的持力层，进而确定桩径、桩长、根数等参数。

2 软土地区输电线路桩基础施工技术与质量控制

2.1 常用施工技术

针对不同的桩基础形式，往往需要采用不同的施工技术，以下对灌注桩基础、微型桩基础及粒料搅拌桩基础的施工方法进行简要阐述。

2.1.1 灌注桩施工技术

对于灌注桩而言，一般采用的成孔技术有作业成孔、沉管成孔、泥浆护壁成孔等方式。因属于隐蔽工程[13-14]，为保证成桩质量，施工人员需要在各个阶段进行把控，在施工前应根据地质勘验结果选择钻机设备，并进行技术交底。在成孔阶段，应谨防孔壁坍塌。在钻机安装时，应保证支撑可靠，钻杆垂直度较好，从而防止斜孔现象的发生。此外，在灌浆过程中，常使用高压喷射灌浆技术，使用这种技术进行输电线路灌注群桩基础施工，可以极大地提高软土的牢固性和稳定性。

2.1.2 微型桩施工技术

由于微型桩基础的特殊性，其成孔必须借助钻机。在成孔过程中，通过对水、泥土进行搅拌，使其呈现出泥浆状，由此达到保护孔壁的目的。而后进行承台开挖，在此过程中，应注意对已成孔做好防护措施，防止虚土坍落至孔内。接着制作相应的钢筋笼，安装好注浆管，待钢筋笼完成起吊工作后，在孔内放置注浆管。在此过程中，应注意钻机必须处于垂直状态，使得孔的位置没有偏差。最后，先进行一次压力注浆，待一次注浆后静置一段时间随后进行二次劈裂注浆[15]。

2.1.3 粒料搅拌桩技术

即利用砂砾等散粒材料，用专用沉管机搅拌成桩，利用此方法可以较好提升地基承载力。

健全的输电线路基础施工方法不但可以节省劳动力，也可以大大提高结构安全性，提升生产效率。只有因地制宜地选择正确的施工方法，科学施工，才能提升电力系统的运作效率，保证输电铁塔结构的安全[16]。

2.2 施工质量控制方法

良好的基础施工不仅需要严格遵循各类桩基础的具体施工方法，同时也要满足一定的施工质量控制方法。只有这样，才能确保输电线路大型桩基础的安全性与耐久性。

郭秀桂[17]通过研究某软土地区地下室工程针对“先打桩后基坑挖土”与“先基坑挖土后打桩”2 种施工顺序进行对比研究发现：采用“先基坑挖土后打桩”的施工顺序可以最大限度避免管桩倾斜折断。同时，可以有效降低开挖难度，降低成本，相较于前种方案更易于事后补救，具有明显的经济技术优势。

由于软土地基的特殊性，其温度、湿度条件易导致钢筋腐蚀。因此，在软土地基桩基础中应使用低水胶比的保护层，从而提高混凝土表面密实度，抑制二氧化碳与钢筋发生氧化还原反应，从而有效抑制锈蚀。因此，混凝土配合比的设计便显得尤为重要，在设计时要兼顾施工质量和施工设计的要求。

在挖孔前施工人员应严格控制钻孔的具体尺度，慢速进行轻压或调整泥浆比例以达到适度，从而防止孔壁塌方的出现。对于一些特殊的软土地区，由于软硬土层交界处会有一定的倾斜度，因此，需要尽量保证钻孔时钻头受力均匀，以防斜孔现象的发生。

在软土地区，桩基础的施工一般都是采用预制桩，采用混凝土加固土桩技术，往往能够更好地发挥预制桩优势。在应用该技术时，将土桩的长径比数值尽量控制在80 左右，为了提高桩基础结构的稳定性，还需要应用深层搅拌机械，通过对软土地基的局部桩基础使用固化材料，改善桩型结构，形成加固型混凝土桩，使加固桩和桩间土性的适配度更高，满足软土地基的设计需要。

在施工中也常常会出现预制桩承载力达不到设计值的情况。因此，对预制桩进行预先检测也是极为重要的，常用的静载荷实验法能够直观可靠地确定桩的极限承载力，但由于成本高、时间长，不适于批量检测。在这种情况下，可以使用高应变法[18]快速经济地检测桩身承载力。但是，其缺点就在于无法显示桩身缺陷性质，具有一定的局限性。在实际情况中，应根据场地条件、软土地基勘测报告、经济条件等因素综合考虑。

同时，不同的软土地基在进行桩基础施工时其施工条件往往会存在差异性，所以为了能够对地基加固的实际效果有充足的保障，需要进行工艺试桩。结合施工前勘察的有关资料，对软土地基的不同地层和地段确定所需要的试桩数量，以此来进一步检测桩基的相关参数，核对不同地层的施工工艺流程和持力层的承载能力，为后续的桩基施工来提供更加准确、合理的参数[19]。

3 其他软土地区地基处理方法

3.1 大厚度格构式水泥垫层墙结合竖向长短增强体的地基处理方法

翁昕等[20]在结合以往常规地基处理方法的前提下，结合工程实例并建立了有限元模型，开发出了一种大厚度格构式水泥垫层墙结合竖向长短增强体的地基处理方法，揭示了其受力机理，即用挖土搅拌水泥土和常规水泥搅拌桩分别形成水平向和竖向增强体，从而有效减少沉降。

3.2 换土垫层法

即以砂石、灰土和矿渣等强度较高的材料置换软土层，从而形成复合地基，从而提高承载力，实现加固土层的稳定性。该方法具有造价较低，施工方便等优点[21-22]。

3.3 挤密桩法

若遇到孔多的地基，且孔中出现一些灰、石、沙等杂物。此时，可使用加桩挤密法，使地基更加牢靠，强度更大[23]。

3.4 水泥搅拌桩联合堆载排水固结法

陈盛原等[24]将目前较为常用的2 种软土地基处理方法水泥搅拌桩法和排水固结法结合在了一起，采用“先桩后堆”的工艺进行地基处理，处理后的软土地基承载力得到了提升，且此方法具有对周围的环境影响较小，施工工期短等优点。

3.5 高压喷射注浆法

高压喷射注浆法是在化学注浆法的基础之上，使用高压射流喷射入提前打好的孔洞。在注浆过程中，土粒将会在射流的冲击力等力量的综合作用下，与浆液进行充分混合，从而形成新的结构。浆液和土粒的混合体凝固成型后，土体与形成的固结体共同构成复合型的新地基，以此来提高软土地基的承载力和整体强度，降低软土地基的变形和沉降可能性，实现对土体的加固目的[25]。

3.6 立体加筋法

文华等[26]开发了基于土工合成材料立体加筋法，此方法将土工膜、土工格栅、格宾网在竖直方向上进行叠加，充分发挥不同材料的承载特性，以此来实现立体加筋的效果，并将这种加筋方法应用于实际工程中，在现场试验中发现此种方法具有成本较低、施工简单以及承载性好等优点。

4 结束语

针对软土地区输电线路的不良特性进行地基加固处理不仅要根据实际情况确定基础类型以及桩型参数，更需要通过先进的施工技术进行施工，以达到满足地基承载力，减少沉降的效果。对于我国现有的设计方法与规范，输电线路基础设计过于保守，基础尺寸较国外大，导致混凝土和钢筋用量过大，造价过高[27]。今后的输电线路基础建设趋势主要体现在两方面：一是采用合理的结构，改善基础的受力性能，减小基础的水平作用力和弯矩，使基础立柱主要承受轴向拉压力。另一方面是尽可能充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好力学性能，因地制宜采用原状土基础型式[28]。而对于现有的软土地基施工技术应在实践中不断完善，并积极引进国外先进成熟的软土地基施工技术，以获得更好的地基加固效果，从而更好地保证塔杆基础安全与结构稳定性。