鋼模制復合沉井基礎在輸電線路上的應用

王高益

(海南電力設計研究院，海口 570203)

長流—海口牽引站220 kV線路新建工程是海南省2010年的重點建設項目，是海南東環高鐵海口牽引站的唯一供電線路，線路全長8.5 km。按照規劃要求，工程全線沿著新建的南海大道和粵海大道規劃綠化帶架設，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，根據地質勘察報告描述，水田和魚塘中的塔位地質上層是約3.0 m厚或者更厚的淤泥質粘土、下層為較厚的中砂和細砂。在這種軟弱地基施工會產生流砂情況，究竟選用何種基礎型式對整個輸電線路工程非常重要。對此，本文結合以往施工經驗提出采用一種改進型的復合沉井基礎——鋼模制復合沉井基礎型式，分析了其在輸電線路上的應用效果。

1 復合沉井基礎的構成和作用原理

1.1 復合沉井基礎的定義和構成

沉井是一種井筒狀構造物，是利用人工或機械方法清除井內土石，借助井體自重及其它輔助措施而逐步下沉至設計標高，再澆筑混凝土封底并填塞井孔形成的構筑物基礎。復合沉井基礎屬于剛性基礎，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，構成一個不同于樁基又不同于階梯式基礎的復合式基礎［1－3］。

1.2 復合沉井基礎的作用原理

復合沉井基礎的工作機理介于樁基與階梯式基礎之間，其上拔穩定由基礎自重、臺階上的土重、井內填土重和沉井外壁與土壤間的摩阻力來平衡;下壓穩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;傾覆力矩由基礎自重產生的抗傾覆力矩來達到規定的穩定安全要求［4］。

2 復合沉井基礎的特點及適用條件

2.1 復合沉井基礎的特點

1)整體性強，穩定性好，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，技術穩妥可靠，并可做成補償性基礎，避免過大沉降，保證基礎穩定性。

3)與大開挖基礎相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，操作簡便，無需特殊的專業設備。

4)沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋水圍堰結構物，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 復合沉井基礎的適用條件

沉井基礎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)在山區河流中，雖土質較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎施工。

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 鋼模制復合沉井基礎的改進點和實施方法

3.1 鋼模制復合沉井基礎的改進點

在輸電線路工程中地質條件較差的地段，若采用傳統的鋼筋混凝土制復合沉井基礎，將重達10 t左右的預制構件運送到施工塔位，需要考慮現場交通運輸條件，以及施工機器具的進出場和作業條件;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平臺，勢必大大增加工程造價;若采用灌注樁基礎，同樣需要修筑樁基設備進場道路和樁基作業平臺，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，鋼模制復合沉井基礎技術應運而生，它將沉井由傳統的薄壁鋼筋混凝土構造改為采用拼裝焊接式鋼模構造，將鋼模切割成許多小的構件，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平臺，不僅可大大節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。兩種構造的復合沉井基礎如圖1、圖2所示。

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

圖2 鋼模制復合沉井基礎Fig.2 Steel molded composite caisson foundation

3.2 鋼模制復合沉井基礎實施方法

鋼模制復合沉井基礎整個施工過程按下述技術步驟實施。

1)根據計算原理確定鋼模式沉井基礎的設計周長和長度。

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

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

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

5)按照一層一層下沉的方式開始施工，直至沉井下沉到設計深度。

4 鋼模制復合沉井基礎在輸電線路上的應用

長流—海口牽引站220 kV線路新建工程由于在初步設計階段未對線路每基塔做具體定位和詳細的地質勘探，基礎設計方案全部采用鉆孔灌注樁基礎，并統一計列了一筆樁機進場修路費和樁機施工作業平臺措施費;待到具體施工圖設計階段，發現基礎型式采用鉆孔灌注樁基礎根本無法實施，原因之一就是規劃區沿線的村民以破壞魚塘養魚、養蝦和水田種經濟作物為由，不允許修筑施工便道和施工作業平臺，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及配套的措施費用太高，不是最優的設計方案。鑒于既定的地質條件和線路周邊的施工環境，打算使用目前在輸電線路上少用的復合沉井基礎，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平臺的問題，為此，通過大量的計算分析決定采用鋼模構造替代傳統的薄壁鋼筋混凝土構造來解決上述問題。現對本工程采用鉆孔灌注樁基礎、薄壁鋼筋混凝土構造復合沉井基礎和鋼模構造復合沉井基礎這三種基礎方案做經濟技術比較，各基礎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，依據本工程的軟弱地層和流砂等不良地質條件和塔位分布，采用復合沉井基礎較為適宜，與采用灌注樁基礎相比，節省費用約48.8%;采用改進型的鋼模制復合沉井基礎則更加經濟實惠，可節省費用約217.8%，這還是本體費用的差別，加上青苗賠償的話，本工程采用鋼模制復合沉井基礎的優越性就更加突出。本工程鋼模制復合沉井基礎施工的現場照片如圖3、圖4所示。

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

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

5 結語

通過本文分析得知，輸電線路經過施工難度大的流砂和軟弱地層等不良地質區域時，采用復合沉井基礎較為經濟合理，尤其是采用本工程首創的鋼模制復合沉井基礎，則更加經濟合理。不僅可大大節省工程本體造價，而且還可減少因青苗補償等帶來的一系列施工受阻問題，充分顯現了經濟效益、環保效益和社會效益。另外，長流——海口牽引站220 kV線路新建工程，自2010年投產運行以來，在海南島上先后經歷了諸如“海燕”、“威馬遜”等多個超強臺風的檢驗，由此證明了本文提出的改進型鋼模制復合沉井基礎安全可行，可在全國的輸電線路工程中推廣應用。

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［2］ DL/T 5219—2005，架空送電線路基礎設計技術規定［S］.

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