周建軍，龔 濤，向 越

（中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都 610000）

0 引言

承壓水是指充滿于兩個(gè)隔水層之間具備承壓性質(zhì)的地下水。隨著輸電線路工程的不斷建設(shè)，輸電通道日漸緊張，越來越多的輸電線路需要途經(jīng)承壓水地區(qū)，而承壓水對(duì)基坑工程的設(shè)計(jì)及施工有重要影響。在承壓水地區(qū)，基坑開挖會(huì)破壞施工坑內(nèi)外原有的水土壓力平衡，土體易發(fā)生顯著變形，當(dāng)變形到達(dá)一定程度后就會(huì)危及地面建筑、道路等設(shè)施，造成嚴(yán)重的工程安全事故[1-2]。因此，合理有效地開發(fā)地下空間是輸電線路基坑工程的核心課題[3-4]。

1 工程特征

新疆地區(qū)750 kV 交流超高壓輸電線路懸垂塔塔位處于山間洼地，為沖積平原地貌，地層主要為粉質(zhì)黏土和角礫，處于河流下游季節(jié)性積水區(qū)，其地質(zhì)條件如表1 所示。承壓水形成原因?yàn)椋汉畬又行牟糠致癫卦诟羲畬又?，兩端出露于地表，含水層從出露位置較高的補(bǔ)給區(qū)（河流下游季節(jié)性積水區(qū)）獲得補(bǔ)給，向另一側(cè)排泄區(qū)排泄，中間是承壓區(qū)。補(bǔ)給區(qū)位置較高，水由補(bǔ)給區(qū)進(jìn)入承壓區(qū)，受到隔水頂?shù)装宓南拗疲畬映錆M水，水自身承受壓力，并以一定壓力作用于隔水頂板。

表1 新疆地區(qū)750 kV 交流超高壓輸電線路懸垂塔塔位的地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場勘測，場地內(nèi)存在著2 層地下水：第一層地下水賦存于上部黏性土、砂土地層中，為潛水，埋深1.0～2.0 m；第二層地下水賦存于下部角礫、砂土地層，為承壓水，承壓水頭一般高出地表0.5～1.5 m。由于承壓水無法人工開挖，所以施工上經(jīng)常使用的基礎(chǔ)型式為柔性大板基礎(chǔ)和灌注樁基礎(chǔ)。但這2 種基礎(chǔ)型式或存在基坑失穩(wěn)，或產(chǎn)生塌孔、縮徑、離析等問題。因此需要通過分析研究來確定合適的基礎(chǔ)型式。

2 基礎(chǔ)型式選擇

2.1 基礎(chǔ)選型的原則

結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基礎(chǔ)選型原則如下：結(jié)合地形、地質(zhì)特點(diǎn)及運(yùn)輸條件，展開綜合分析比較，選擇適宜的基礎(chǔ)型式；在安全、可靠的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，減少施工對(duì)環(huán)境的破壞；充分發(fā)揮每種基礎(chǔ)型式的特點(diǎn)，針對(duì)不同的地形、地質(zhì)，選擇不同的基礎(chǔ)型式；對(duì)于不良地基，提出特殊、合理的基礎(chǔ)型式和處理措施。根據(jù)我國目前輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)狀，結(jié)合工程地形、地質(zhì)特點(diǎn)及基礎(chǔ)受力特性，基礎(chǔ)方案的確定主要受地形地質(zhì)、基礎(chǔ)作用力、環(huán)境保護(hù)、施工工藝的影響，工程中需綜合考慮這4 方面的因素，確定合理的基礎(chǔ)方案。

2.2 典型設(shè)計(jì)條件

選擇典型塔型ZB37101A 和ZB37102A 進(jìn)行分析，其基礎(chǔ)作用力如表2 所示。

表2 典型塔型基礎(chǔ)作用力單位：kN

2.3 基礎(chǔ)選型對(duì)比分析

2.3.1 板式基礎(chǔ)

經(jīng)過基礎(chǔ)計(jì)算，確定板式基礎(chǔ)的基坑深度h=5.4 m，基礎(chǔ)型式及工程量如表3 所示。

表3 板式基礎(chǔ)工程量

基坑底板抗突涌驗(yàn)算如圖1 所示。由于承壓水層的存在，大開挖基礎(chǔ)存在下列風(fēng)險(xiǎn)：基坑開挖后，基坑底部距離承壓含水層頂板距離減小，相應(yīng)承壓含水層上部土壓力也隨之減?。划?dāng)基坑開挖到一定深度后，承壓含水層上部土壓力可能小于其含水層中承壓水頂托力，導(dǎo)致基坑底部失穩(wěn)，發(fā)生突涌現(xiàn)象，嚴(yán)重危害基坑的安全。因此，需對(duì)基坑開挖面穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算[5-7]。

圖1 基坑底板抗突涌驗(yàn)算示意圖

基坑底板的穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于安全系數(shù)下承壓水的頂托力。即

其中，hs為基坑底至承壓含水層頂板間距離，m；γs為基坑底至承壓含水層頂板間土的重度，取16.5 kN/m3；Hw為承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離；γw為水的重度，近似取10 kN/m3；Fs為安全系數(shù)，一般為1.0～1.2，本文取1.1。

化簡式（1）可以得到

為了滿足采用板式基礎(chǔ)的基坑底板穩(wěn)定性，需要采用減壓措施來降低承壓頭高度。

假定承壓水頭高度為地面上1.0 m，已知基坑深度h=5.4 m，承壓水頂板埋深7 m，故hs=7-5.4=1.6 m；承壓水頭距含水層頂板距離H′w=7+1=8 m；根據(jù)式（2），計(jì)算得到滿足基坑底板穩(wěn)定性時(shí)承壓水頭距含水層頂板的距離Hw為

進(jìn)一步可得板式基礎(chǔ)需要降深承壓水頭為通過基坑開挖面穩(wěn)定性驗(yàn)算可知，板式基礎(chǔ)施工需將潛水位降低5.6 m，降深的高度較大，水位降深和施工難度大，并且需要采用特殊的降水措施，造價(jià)高昂且不利于環(huán)保。

2.3.2 承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)

按前述典型塔型、基礎(chǔ)作用力以及地質(zhì)條件，計(jì)算得出滿足設(shè)計(jì)要求的雙樁承臺(tái)灌注樁，其基礎(chǔ)型式和工程量如表4、表5 所示。同時(shí)給出滿足要求的單樁基礎(chǔ)型式和工程量，后續(xù)用作經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。

表4 承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)工程量

表5 單樁基礎(chǔ)工程量

由于上述討論的基礎(chǔ)型式的埋深均大于典型地層的潛水層，所以均需要處理潛水層的地下水之后再進(jìn)一步處理下部的承壓水。

承臺(tái)開挖過程中也存在板式基礎(chǔ)開挖的風(fēng)險(xiǎn)，需要降低承壓水頭高度。承臺(tái)開挖也按照承壓水頭高度為地面上1.0 m 計(jì)算，計(jì)算過程如下。

已知承臺(tái)基坑深度h=2.8 m，承壓水頂板埋深7 m，故hs=7-2.8=4.2 m；承壓水頭距含水層頂板的距離H′w=7+1=8 m；根據(jù)式（2），計(jì)算得到滿足基坑底板穩(wěn)定性時(shí)承壓水頭距含水層頂板的距離Hw為

可得灌注樁基礎(chǔ)需要降深承壓水頭為

上述計(jì)算表明，灌注樁施工需將承壓水位降低1.7 m，遠(yuǎn)小于板式基礎(chǔ)施工的水位降深，不僅降低了施工難度，而且造價(jià)也更加經(jīng)濟(jì)合理。

由于單樁基礎(chǔ)施工的樁深進(jìn)入了承壓水層，施工困難且造價(jià)高昂，故不選用單樁基礎(chǔ)。

2.3.3 經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性對(duì)比

以ZB37102A 的3 種基礎(chǔ)型式進(jìn)行對(duì)比分析（單樁基礎(chǔ)僅用于經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，不在實(shí)際工程使用），分析結(jié)果為：板式基礎(chǔ)的混凝土量26.00 m3、承臺(tái)基坑深度5.40 m、墊層（C25）3.60 m3、HCPE 防腐涂層105.50 m2，其單個(gè)基礎(chǔ)費(fèi)用10.9 萬元；灌注樁基礎(chǔ)的混凝土量28.10 m3，承臺(tái)基坑深度2.80 m、墊層（C25）0.99 m3、HCPE 防腐涂層37.90 m2，其單個(gè)基礎(chǔ)費(fèi)用8.3 萬元；單柱基礎(chǔ)的混凝土量15.95 m3、承臺(tái)基坑深度9.50 m、墊層（C25）0.35 m3、HCPE 防腐涂層56.60 m2，其單個(gè)基礎(chǔ)費(fèi)用6.7 萬元。

對(duì)比表明，承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)與板式基礎(chǔ)工程量基本相當(dāng)，除了基坑深度外，單樁基礎(chǔ)的工程量少于前兩者。同時(shí)，在工程造價(jià)方面，單個(gè)灌注樁基礎(chǔ)比板式基礎(chǔ)少2.6 萬元，費(fèi)用降低了約24%，承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯，單樁基礎(chǔ)比板式基礎(chǔ)少4.2 萬元，費(fèi)用降低了約38%，但由于單樁基礎(chǔ)降水困難，施工難度大，故經(jīng)濟(jì)性不具有優(yōu)勢。在環(huán)保性方面，與板式基礎(chǔ)和單樁基礎(chǔ)相比，承臺(tái)基坑開挖淺，施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)低。同時(shí)開挖方量小，不會(huì)大規(guī)模地破壞地下水資源，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響小，符合環(huán)保和水保的時(shí)代要求。因此，采用承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)是合理的。

2.3.4 施工方案對(duì)比

板式基礎(chǔ)挖方量大，基坑深。為了能夠順利施工，保證基坑成型不發(fā)生承壓水涌水事故，需要大規(guī)模降低潛水水位和承壓水頭高度，承壓水頭需降低5.6 m，降水難度大、工程量大，需采取特殊的降水措施，將會(huì)大規(guī)模破壞地下水資源。

同時(shí)板式基礎(chǔ)基坑開挖深度為5.4 m，施工過程屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程[8]，需要進(jìn)行專項(xiàng)施工方案審查及風(fēng)險(xiǎn)控制；施工難度大，危險(xiǎn)性高。因此，在承壓水區(qū)域不推薦采用板式基礎(chǔ)。

單樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)施工樁深進(jìn)入了承壓水層，施工過程也屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，施工困難且造價(jià)高昂，因此在承壓水區(qū)域不推薦采用單樁基礎(chǔ)。

承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)施工工藝成熟，機(jī)械化程度高，在承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)施工中，需降低的承壓水頭小，降水難度低，且承臺(tái)基坑開挖淺，施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)低，因此承壓水區(qū)域推薦采用承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)。

3 承壓水地區(qū)灌注樁施工工藝

3.1 灌注樁基樁施工

灌注樁施工前，需要保持承壓水頭穩(wěn)定至地面以下。待塔位所有的灌注樁澆筑完成，并達(dá)到初凝時(shí)間后，方可階段性暫停承壓水減壓。同時(shí)要合理布置泥漿池位置，泥漿池要做防漏措施，避免泥漿池漏水影響土體穩(wěn)定。

成孔過程中，應(yīng)每隔2 h 或在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)做好泥漿性能檢查和記錄工作，確保各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。當(dāng)進(jìn)入承壓水層時(shí)，每隔0.5 h 檢查泥漿和地質(zhì)渣樣。合理控制沖程，對(duì)不同地質(zhì)采用不同沖程，變換沖程時(shí)，嚴(yán)禁極速變換，應(yīng)循序漸進(jìn)。承壓水地層成孔時(shí)，成孔作業(yè)必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，以避免可能造成的承壓水涌出現(xiàn)象，導(dǎo)致塌孔。清孔完成后，使用檢孔器及測量繩檢查孔徑、孔深、孔的傾斜度，結(jié)果必須滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。鋼筋籠安裝完成后立即進(jìn)行導(dǎo)管安裝，灌注樁混凝土澆筑應(yīng)保證足夠的混凝土初灌量。水下混凝土灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，對(duì)可能發(fā)生的堵管、導(dǎo)管進(jìn)水等事故情況，應(yīng)預(yù)先制定適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┘皶r(shí)有效地處理。

3.2 承臺(tái)施工

承臺(tái)開挖前為保證不發(fā)生突涌等問題，必須再次降低承壓水水頭至指定深度，并保持穩(wěn)定至承臺(tái)完工。承臺(tái)基坑開挖時(shí)應(yīng)采取有效的措施降低上部潛水位至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高下1 m，保證基坑開挖的安全與穩(wěn)定以及基礎(chǔ)澆制的正常進(jìn)行。開挖期間，防止地表水和基坑排出水倒流回滲入基坑；同時(shí)不宜設(shè)置坑內(nèi)排水溝和集水井，以免基坑塌方或突涌?；娱_挖宜分層進(jìn)行，層厚不宜超過2.5 m，坑底應(yīng)人工開挖整平，防止對(duì)坑底地基土的擾動(dòng)；土方隨開挖隨運(yùn)走，坑邊和坡頂不應(yīng)堆土。

承臺(tái)混凝土應(yīng)一次澆筑完成，混凝土入槽宜采用平鋪法。承臺(tái)混凝土澆筑必須保證地腳螺栓位置準(zhǔn)確，誤差須控制在容許范圍內(nèi)。地腳螺栓在支模時(shí)必須固定得絕對(duì)可靠，澆筑時(shí)若發(fā)現(xiàn)偏移必須實(shí)時(shí)校正，直至基礎(chǔ)澆注完畢。

承臺(tái)拆模后，經(jīng)監(jiān)理人員檢查合格后方可回填，回填土應(yīng)分層夯實(shí)，每層厚度300 mm，回填土應(yīng)高出地面500 mm 做防沉層；施工過程中隨時(shí)觀測承壓水位變化，保持承壓水位穩(wěn)定在安全位置，確保不發(fā)生突涌和管涌。

4 結(jié)論

本文以新疆地區(qū)750 kV 交流輸電線路直線塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行了基礎(chǔ)選型研究，對(duì)比分析了板式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)與承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，推薦了承壓水區(qū)域的基礎(chǔ)型式及相應(yīng)的施工方法。主要結(jié)論如下：

a）在經(jīng)濟(jì)性方面，單個(gè)承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)費(fèi)用比板式基礎(chǔ)費(fèi)用少2.6 萬元，費(fèi)用降低了約24%，單樁基礎(chǔ)費(fèi)用比板式基礎(chǔ)少4.2 萬元，費(fèi)用降低了約38%。同時(shí)考慮承壓水頭的降深費(fèi)用，灌注樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯。

b）在環(huán)保性方面，與板式基礎(chǔ)和單樁基礎(chǔ)相比，承臺(tái)基坑開挖深度淺，開挖方量小，施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)低，不會(huì)大規(guī)模破壞地下水資源，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響小，更符合環(huán)保和水保的時(shí)代要求。

c）在施工方面，相同地質(zhì)條件下，板式基礎(chǔ)需要降低的承壓水頭量遠(yuǎn)大于承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)，板式基礎(chǔ)的承壓水頭降深工作量巨大，施工難度高；單樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)施工樁深進(jìn)入了承壓水層，施工困難且造價(jià)高昂；而承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)施工工藝成熟，機(jī)械化程度高，施工中需降低的潛水位及承壓水頭小，降水難度低，且承臺(tái)基坑開挖淺，施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)低。因此，承壓水地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)推薦采用灌注樁基礎(chǔ)，同時(shí)也給出了承壓水區(qū)域灌注樁的施工工藝，具有一定的工程價(jià)值。