馮躍午

摘要：水平位移與水平承載力是控制樁基礎(chǔ)質(zhì)量的重點(diǎn)，中心基樁和樁周淺層地基加固共同運(yùn)用是一種新方法，現(xiàn)已被大量應(yīng)用。本文主要論述了軟土地區(qū)輸電線路樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過三維有限元數(shù)值計(jì)算，要深入研究破壞模式、關(guān)鍵控制參數(shù)、水平承載機(jī)理等內(nèi)容，保證施工的正常推進(jìn)。

關(guān)鍵詞：軟土地區(qū);輸電線路;樁基

引言：

目前，常用的桿塔基礎(chǔ)型式是灌注樁，借助合適的持力層控制樁基礎(chǔ)的豎向承載力與沉降，當(dāng)對(duì)豎向承載有特殊要求時(shí)，則需要應(yīng)用新型樁基礎(chǔ)，很多因素會(huì)干擾到水平承載能力，一般情況下，選擇大面積地基處理與復(fù)合地基模式，工程成本偏高。因此，要改善土體的性質(zhì)，與中心樁共同作用，以提高樁基整體的水平承載力。

一、軟土地基基礎(chǔ)選型

板式基礎(chǔ)是輸電線路中常用的基礎(chǔ)模型，上部土體和自垂重力作用可與基礎(chǔ)上拔相抵消，綜合考慮軟土的特點(diǎn)，板式基礎(chǔ)在實(shí)際應(yīng)用中存在較多的缺點(diǎn)。軟土可用于抵抗上拔作用的土體量較少，在設(shè)計(jì)過程中要適當(dāng)延長底板長度。因?yàn)檐浲了鶚?gòu)成邊坡容易坍塌，基坑邊緣邊坡需要較為平緩，另外，要確?；舆吰戮哂休^好的平衡性，可避免失去重心掉入基坑，否則會(huì)導(dǎo)致大型機(jī)械難以進(jìn)行施工，提高了施工成本，拖延了施工進(jìn)度[1]。

軟土地基樁的承載能力差，需要借助土體與樁側(cè)壁的摩擦力抵抗鐵塔的下壓力，樁基礎(chǔ)非常適用于軟土地基，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作流程不復(fù)雜的優(yōu)勢(shì)。但混凝土造價(jià)高，會(huì)導(dǎo)致工程成本上升。由于人工挖掘的基坑容易發(fā)生坍塌，威脅施工人員的人身安全，所以，嚴(yán)禁人工挖掘。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是要通過鉆孔設(shè)備在指定位置打孔，再放入鋼筋籠，同時(shí)澆筑混凝土，定型后做好養(yǎng)護(hù)，檢測(cè)合格夠可投入使用。這種方法一般使用小型機(jī)械即可，便于設(shè)備與材料的運(yùn)輸，實(shí)際使用率最高。預(yù)制樁基礎(chǔ)應(yīng)事先準(zhǔn)備好樁體，送至施工現(xiàn)場(chǎng)后，使用打樁機(jī)打入指定位置，預(yù)制樁有利于規(guī)?；\(yùn)營，但因?yàn)椴牧虾驮O(shè)備的運(yùn)輸限制，目前并未大量使用。

二、樁周淺層地基加固措施

（一）計(jì)算模型條件

例如，在某軟土地區(qū)的輸電線路中，軟土層厚度大概為26m，具有可塑性，承載力特征值為50千帕，土質(zhì)疏松，強(qiáng)度低，下方由粗砂和風(fēng)化凝灰?guī)r所構(gòu)成。

在計(jì)算過程中，中心灌注樁的長度為30m，直徑0.8m，混凝土強(qiáng)度級(jí)別是C30，按照有關(guān)規(guī)定，能夠測(cè)算出樁頂在平移10mm后，水平的承載力是132.2kN。

借助三維有限元軟件能夠了解地基加固后的水平承載力有所區(qū)別，地基土運(yùn)用摩爾-庫倫模型，模擬出非線性和損傷開裂行為，土體與樁基的界面采用綁定約束的方法，保證樁與土變形協(xié)調(diào)。

有限元計(jì)算后的結(jié)果和規(guī)范理論計(jì)算結(jié)果相一致，意味著計(jì)算取值是科學(xué)的，水平變形影響范圍不超過10m。

（二）地基加固措施對(duì)比

在對(duì)加固區(qū)水泥土進(jìn)行計(jì)算過程中，要選擇塑性-損傷模型，根據(jù)復(fù)合地基原理，淺層加固區(qū)水泥參量達(dá)到15%，彈性模量會(huì)大幅增加20倍，可取值80MPa。加固方法與深度存在差異時(shí)，水平承載力也隨之變化。

旋噴加固和鋼套筒注漿兩種方法都可以提升水平承載力，兩者相比較來說，旋噴加固的方法更有效，在土體加固程度等同情況下，旋噴加固的水平承載力更高，實(shí)踐表明，水泥摻量決定了水平承載力的提升效果，泥土強(qiáng)度與摻量呈正比，還能夠加強(qiáng)對(duì)中心灌注樁的約束，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[2]。

（三）地基加固關(guān)鍵控制參數(shù)

旋噴樁數(shù)量與尺寸和水平承載力的提升息息相關(guān)，旋噴樁數(shù)量增加，中心灌注樁和加固體會(huì)更加吻合，直徑越長、加固區(qū)越寬，水平承載力提升更加明顯，在選擇旋噴樁直徑過程中，要充分考慮施工可行性和成本，若直徑較小，可提升數(shù)量加以彌補(bǔ)。

樁基在使用階段，其應(yīng)力和變形的程度會(huì)隨地基沉降大小與反力分布而改變。另外，上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)也有著較大的關(guān)聯(lián)。結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法即把平衡結(jié)構(gòu)劃分成地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)算，這會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)構(gòu)和實(shí)際情況存在誤差，沒有考慮到互相之間的相互作用，為避免結(jié)被破壞，采用保守的設(shè)計(jì)方法，出現(xiàn)浪費(fèi)的情況。若將基礎(chǔ)與地基看成一個(gè)整理來分析，會(huì)面臨著一定的困難，同時(shí)有著一定的缺點(diǎn)，在彈性地基中，各點(diǎn)之間會(huì)互相影響，計(jì)算獲得的基礎(chǔ)承臺(tái)土反力會(huì)呈現(xiàn)正弦減型排列，形成負(fù)土反力，脫離了實(shí)際。最佳方法是將地基、樁、上部結(jié)構(gòu)三者融為一體進(jìn)行分析，可以很好的反映出樁基和建筑物的實(shí)際受力情況，通過子結(jié)構(gòu)法展開分析。

三、樁周淺層地基加固與基樁共同承載機(jī)理

高壓旋噴水泥土可以大幅提高樁頭整體剛度，水平承載能力得到明顯提升。由于水平荷載的增加，樁頂水泥土?xí)l(fā)生塑性受拉損壞，即便荷載達(dá)到了極限承載力的4/5后，水泥土還可以對(duì)中心樁起到約束作用，樁頭剛度沒有大幅下降。經(jīng)過一段時(shí)間后，樁周水泥土?xí)饾u出現(xiàn)開裂情況，束縛力減弱。豎向拉應(yīng)力與環(huán)向拉應(yīng)力共同導(dǎo)致受拉損傷。

四、淺層地基加固與基樁聯(lián)合應(yīng)用施工控制

水平承載提升效果與加固體和灌注樁的咬合程度相關(guān)，不可因?yàn)椴煌氖┕ぜ夹g(shù)而降低了自身剛度。要在中心灌注樁結(jié)束后，再進(jìn)行樁周淺層旋噴加固，同時(shí)要保證混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%。旋噴加固一般用于常規(guī)灌注樁。

根據(jù)高壓旋噴柱的有關(guān)規(guī)定，與實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可使用雙管法能夠提高淤泥質(zhì)黏土的施工質(zhì)量。在施工過程中鉆桿要盡可能保持勻速，緩慢提高，當(dāng)施工完畢或，要盡可能防止對(duì)樁周淺層加固體的干擾，可通過單軸抗壓實(shí)驗(yàn)檢查施工質(zhì)量。這種方法能夠降低中心灌注樁與基礎(chǔ)承臺(tái)的尺寸，為達(dá)到對(duì)豎向承載力的要求，要適當(dāng)提高中心樁樁長，減少基礎(chǔ)混凝土用量，工程成本降低了約16%，因?yàn)闃督?jīng)與承臺(tái)尺寸的下降，還可實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果。

樁基設(shè)計(jì)參數(shù)包括強(qiáng)度、變形與荷載，通常情況下，要對(duì)變形和強(qiáng)度進(jìn)行分別測(cè)算，利用限制應(yīng)力掌握地基沉陷量，人們習(xí)慣將沉降量、承載力當(dāng)做獨(dú)立控制要素，在使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法過程中，要結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果與工程經(jīng)驗(yàn)。從理論層面上看，無法準(zhǔn)確對(duì)變形和強(qiáng)度進(jìn)行處理，但無論選用什么方法，都在根本上規(guī)避了本構(gòu)關(guān)系問題。

在選擇樁型極端，地質(zhì)條件是不容忽視的要素，應(yīng)保證樁型可以滿足對(duì)承載力和沉降方面的需要，要盡可能的發(fā)揮出樁身與地基的潛在能力，樁的破壞模式會(huì)左右樁型的選擇，地質(zhì)問題非常復(fù)雜，若基巖埋藏不深，可選擇端乘樁，同時(shí)搭配高強(qiáng)度的嵌巖樁，若基巖埋藏較深，摩擦樁是唯一選擇，為防止上部出現(xiàn)較大的沉降，要讓樁端支撐在性能良好的持力層上。

樁型要與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相符，樁基施工會(huì)對(duì)周圍建筑物起到不良的環(huán)境效應(yīng)，并考慮是否違反相關(guān)的法規(guī)。比如，常見問題有噪音污染、擠土影響等。部分樁型可能會(huì)破壞周圍建筑物，在進(jìn)行基礎(chǔ)加固過程中，通常要在地下室施工，施工空間同樣需要重點(diǎn)考慮。

結(jié)論：

在基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)階段，要充分結(jié)合塔位地點(diǎn)的地質(zhì)情況，挑選合適的基礎(chǔ)模式，可大幅度降低施工難度，減少基礎(chǔ)工程量，通過使用高壓旋噴的方法可以有效提高承載力，樁周淺層地基加固和基樁聯(lián)合應(yīng)用可加強(qiáng)水平承載力，保證施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉佳龍，劉華清，王寶齊，等.特高壓輸電線路樁基礎(chǔ)低應(yīng)變法檢測(cè)適用性探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（S2）：701-705.

[2]呂明，王永剛，楊明瑞.綜合物探方法在輸電線路樁基巖溶探測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2020，17（03）：386-392.