王高益

(海南電力設(shè)計研究院，?？?570203)

長流—海口牽引站220 kV線路新建工程是海南省2010年的重點建設(shè)項目，是海南東環(huán)高鐵?？跔恳镜奈ㄒ还╇娋€路，線路全長8.5 km。按照規(guī)劃要求，工程全線沿著新建的南海大道和粵海大道規(guī)劃綠化帶架設(shè)，離道路中心距離為25 m。由于建立塔基時綠化帶還未建成，仍是成片的水田和魚塘，相互間僅有0.6 m寬的魚塘埂隔開，塔位就分布在水田和魚塘中。另外，根據(jù)地質(zhì)勘察報告描述，水田和魚塘中的塔位地質(zhì)上層是約3.0 m厚或者更厚的淤泥質(zhì)粘土、下層為較厚的中砂和細砂。在這種軟弱地基施工會產(chǎn)生流砂情況，究竟選用何種基礎(chǔ)型式對整個輸電線路工程非常重要。對此，本文結(jié)合以往施工經(jīng)驗提出采用一種改進型的復(fù)合沉井基礎(chǔ)——鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)型式，分析了其在輸電線路上的應(yīng)用效果。

1 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的構(gòu)成和作用原理

1.1 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的定義和構(gòu)成

沉井是一種井筒狀構(gòu)造物，是利用人工或機械方法清除井內(nèi)土石，借助井體自重及其它輔助措施而逐步下沉至設(shè)計標高，再澆筑混凝土封底并填塞井孔形成的構(gòu)筑物基礎(chǔ)。復(fù)合沉井基礎(chǔ)屬于剛性基礎(chǔ)，由上、下兩部分組成，上部分為方形二臺階，下部是薄壁鋼筋混凝土圓形沉井，沉井頂端露出的鋼筋伸入上部臺階底板與之相連，構(gòu)成一個不同于樁基又不同于階梯式基礎(chǔ)的復(fù)合式基礎(chǔ)［1－3］。

1.2 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的作用原理

復(fù)合沉井基礎(chǔ)的工作機理介于樁基與階梯式基礎(chǔ)之間，其上拔穩(wěn)定由基礎(chǔ)自重、臺階上的土重、井內(nèi)填土重和沉井外壁與土壤間的摩阻力來平衡;下壓穩(wěn)定由沉井底面和上部臺階底板(沉井面積除外)的反力以及沉井外壁與土壤間的摩阻力來平衡;傾覆力矩由基礎(chǔ)自重產(chǎn)生的抗傾覆力矩來達到規(guī)定的穩(wěn)定安全要求［4］。

2 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的特點及適用條件

2.1 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的特點

1)整體性強，穩(wěn)定性好，具有較大的承載面積，能承受較大的垂直和水平荷載。

2)施工工藝簡便，技術(shù)穩(wěn)妥可靠，并可做成補償性基礎(chǔ)，避免過大沉降，保證基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

3)與大開挖基礎(chǔ)相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，操作簡便，無需特殊的專業(yè)設(shè)備。

4)沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物，能防止地下水和地表水浸入基坑，特別是能阻擋流沙的流動，保證基坑成型，減少對軟土地基的擾動。

2.2 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的適用條件

沉井基礎(chǔ)最適合在不太透水的土層中下沉，其易于控制沉井下沉方向，避免傾斜，主要運用在輸電線路工程中的下列情況［5］:

1)施工難度大的流砂和軟弱地層中。

2)在山區(qū)河流中，雖土質(zhì)較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工。

3)巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深，采用擴大基礎(chǔ)施工圍堰有困難。

4)上部荷載較大，表層地基土承載力不足，而在一定深度下有較好的持力層。

3 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)的改進點和實施方法

3.1 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)的改進點

在輸電線路工程中地質(zhì)條件較差的地段，若采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土制復(fù)合沉井基礎(chǔ)，將重達10 t左右的預(yù)制構(gòu)件運送到施工塔位，需要考慮現(xiàn)場交通運輸條件，以及施工機器具的進出場和作業(yè)條件;需要專門修筑運送沉井和吊車進場道路，另外，還要修筑一個吊車起吊沉井的作業(yè)平臺，勢必大大增加工程造價;若采用灌注樁基礎(chǔ)，同樣需要修筑樁基設(shè)備進場道路和樁基作業(yè)平臺，也會大大增加工程造價［6－8］。為了解決輸電線路中的這些問題和困難，鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)運而生，它將沉井由傳統(tǒng)的薄壁鋼筋混凝土構(gòu)造改為采用拼裝焊接式鋼模構(gòu)造，將鋼模切割成許多小的構(gòu)件，以利于人工搬運，不再需要修筑沉井和吊車進場道路以及吊裝沉井的作業(yè)平臺，不僅可大大節(jié)省施工便道費和措施費，而且還可避免因修路破壞青苗等帶來的一系列施工受阻問題。兩種構(gòu)造的復(fù)合沉井基礎(chǔ)如圖1、圖2所示。

圖1 薄壁鋼筋混凝土復(fù)合沉井基礎(chǔ)Fig.1 Composite caisson foundation of thin wall reinforced concrete

圖2 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)Fig.2 Steel molded composite caisson foundation

3.2 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)實施方法

鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)整個施工過程按下述技術(shù)步驟實施。

1)根據(jù)計算原理確定鋼模式沉井基礎(chǔ)的設(shè)計周長和長度。

2)按照每層高度1 m自下而上將沉井分為n層(依次為M1、M2…、Mn)，最后兩層取剩余高度的平均值，并做好標記。

3)根據(jù)每一層的沉井周長，按照每節(jié)重量不大于200 kg的原則將每層沉井平均分割成n節(jié)(依次為 N1、N2…、Nn)，并做好標記。

表1 各基礎(chǔ)方案主要耗材對比Tab.1 Comparison of main materials for the basic scheme

4)采用人工搬運的方式，將鋼模各構(gòu)件運抵塔位，然后按順序編號將各構(gòu)件逐節(jié)、逐層拼裝焊接。

5)按照一層一層下沉的方式開始施工，直至沉井下沉到設(shè)計深度。

4 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)在輸電線路上的應(yīng)用

長流—?？跔恳?20 kV線路新建工程由于在初步設(shè)計階段未對線路每基塔做具體定位和詳細的地質(zhì)勘探，基礎(chǔ)設(shè)計方案全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并統(tǒng)一計列了一筆樁機進場修路費和樁機施工作業(yè)平臺措施費;待到具體施工圖設(shè)計階段，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)型式采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)根本無法實施，原因之一就是規(guī)劃區(qū)沿線的村民以破壞魚塘養(yǎng)魚、養(yǎng)蝦和水田種經(jīng)濟作物為由，不允許修筑施工便道和施工作業(yè)平臺，尤其是本工程P38、P39、P40、P50和P51這五基塔需要修施工便道長約200～300 m，另外一個原因就是采用灌注樁基礎(chǔ)及配套的措施費用太高，不是最優(yōu)的設(shè)計方案。鑒于既定的地質(zhì)條件和線路周邊的施工環(huán)境，打算使用目前在輸電線路上少用的復(fù)合沉井基礎(chǔ)，但因其個體龐大、單體較重，同樣存在需要修筑施工便道及作業(yè)平臺的問題，為此，通過大量的計算分析決定采用鋼模構(gòu)造替代傳統(tǒng)的薄壁鋼筋混凝土構(gòu)造來解決上述問題。現(xiàn)對本工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、薄壁鋼筋混凝土構(gòu)造復(fù)合沉井基礎(chǔ)和鋼模構(gòu)造復(fù)合沉井基礎(chǔ)這三種基礎(chǔ)方案做經(jīng)濟技術(shù)比較，各基礎(chǔ)方案主要耗材對比如表1所示(單基鐵塔、以SZ402塔為例)。

從表1可知，依據(jù)本工程的軟弱地層和流砂等不良地質(zhì)條件和塔位分布，采用復(fù)合沉井基礎(chǔ)較為適宜，與采用灌注樁基礎(chǔ)相比，節(jié)省費用約48.8%;采用改進型的鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)則更加經(jīng)濟實惠，可節(jié)省費用約217.8%，這還是本體費用的差別，加上青苗賠償?shù)脑?，本工程采用鋼模制?fù)合沉井基礎(chǔ)的優(yōu)越性就更加突出。本工程鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)施工的現(xiàn)場照片如圖3、圖4所示。

圖3 沉井各切塊構(gòu)件圖Fig.3 Cutting member diagram of open caisson

圖4 沉井下沉示意圖Fig.4 Open caisson sinking diagram

5 結(jié)語

通過本文分析得知，輸電線路經(jīng)過施工難度大的流砂和軟弱地層等不良地質(zhì)區(qū)域時，采用復(fù)合沉井基礎(chǔ)較為經(jīng)濟合理，尤其是采用本工程首創(chuàng)的鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)，則更加經(jīng)濟合理。不僅可大大節(jié)省工程本體造價，而且還可減少因青苗補償?shù)葞淼囊幌盗惺┕な茏鑶栴}，充分顯現(xiàn)了經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益。另外，長流——海口牽引站220 kV線路新建工程，自2010年投產(chǎn)運行以來，在海南島上先后經(jīng)歷了諸如“海燕”、“威馬遜”等多個超強臺風(fēng)的檢驗，由此證明了本文提出的改進型鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)安全可行，可在全國的輸電線路工程中推廣應(yīng)用。

［1］ 張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2003.ZHANG Diansheng.Design manual for electric power project high voltage transmission lines［M］.Beijing:China Electric Power Press，2003.

［2］ DL/T 5219—2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.

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