軟土地區輸電線路樁基優化設計研究

馮躍午

摘要：水平位移與水平承載力是控制樁基礎質量的重點，中心基樁和樁周淺層地基加固共同運用是一種新方法，現已被大量應用。本文主要論述了軟土地區輸電線路樁基優化設計。通過三維有限元數值計算，要深入研究破壞模式、關鍵控制參數、水平承載機理等內容，保證施工的正常推進。

關鍵詞：軟土地區;輸電線路;樁基

引言：

目前，常用的桿塔基礎型式是灌注樁，借助合適的持力層控制樁基礎的豎向承載力與沉降，當對豎向承載有特殊要求時，則需要應用新型樁基礎，很多因素會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合地基模式，工程成本偏高。因此，要改善土體的性質，與中心樁共同作用，以提高樁基整體的水平承載力。

一、軟土地基基礎選型

板式基礎是輸電線路中常用的基礎模型，上部土體和自垂重力作用可與基礎上拔相抵消，綜合考慮軟土的特點，板式基礎在實際應用中存在較多的缺點。軟土可用于抵抗上拔作用的土體量較少，在設計過程中要適當延長底板長度。因為軟土所構成邊坡容易坍塌，基坑邊緣邊坡需要較為平緩，另外，要確保基坑邊坡具有較好的平衡性，可避免失去重心掉入基坑，否則會導致大型機械難以進行施工，提高了施工成本，拖延了施工進度[1]。

軟土地基樁的承載能力差，需要借助土體與樁側壁的摩擦力抵抗鐵塔的下壓力，樁基礎非常適用于軟土地基，具有結構簡單，操作流程不復雜的優勢。但混凝土造價高，會導致工程成本上升。由于人工挖掘的基坑容易發生坍塌，威脅施工人員的人身安全，所以，嚴禁人工挖掘。鉆孔灌注樁基礎是要通過鉆孔設備在指定位置打孔，再放入鋼筋籠，同時澆筑混凝土，定型后做好養護，檢測合格夠可投入使用。這種方法一般使用小型機械即可，便于設備與材料的運輸，實際使用率最高。預制樁基礎應事先準備好樁體，送至施工現場后，使用打樁機打入指定位置，預制樁有利于規模化運營，但因為材料和設備的運輸限制，目前并未大量使用。

二、樁周淺層地基加固措施

（一）計算模型條件

例如，在某軟土地區的輸電線路中，軟土層厚度大概為26m，具有可塑性，承載力特征值為50千帕，土質疏松，強度低，下方由粗砂和風化凝灰巖所構成。

在計算過程中，中心灌注樁的長度為30m，直徑0.8m，混凝土強度級別是C30，按照有關規定，能夠測算出樁頂在平移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別，地基土運用摩爾-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，保證樁與土變形協調。

有限元計算后的結果和規范理論計算結果相一致，意味著計算取值是科學的，水平變形影響范圍不超過10m。

（二）地基加固措施對比

在對加固區水泥土進行計算過程中，要選擇塑性-損傷模型，根據復合地基原理，淺層加固區水泥參量達到15%，彈性模量會大幅增加20倍，可取值80MPa。加固方法與深度存在差異時，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，實踐表明，水泥摻量決定了水平承載力的提升效果，泥土強度與摻量呈正比，還能夠加強對中心灌注樁的約束，但在實際應用過程中，要根據實際情況進行適當調整[2]。

（三）地基加固關鍵控制參數

旋噴樁數量與尺寸和水平承載力的提升息息相關，旋噴樁數量增加，中心灌注樁和加固體會更加吻合，直徑越長、加固區越寬，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，可提升數量加以彌補。

樁基在使用階段，其應力和變形的程度會隨地基沉降大小與反力分布而改變。另外，上部結構和地基基礎也有著較大的關聯。結構力學的方法即把平衡結構劃分成地基、基礎與上部結構，進行獨立運算，這會導致計算結構和實際情況存在誤差，沒有考慮到互相之間的相互作用，為避免結被破壞，采用保守的設計方法，出現浪費的情況。若將基礎與地基看成一個整理來分析，會面臨著一定的困難，同時有著一定的缺點，在彈性地基中，各點之間會互相影響，計算獲得的基礎承臺土反力會呈現正弦減型排列，形成負土反力，脫離了實際。最佳方法是將地基、樁、上部結構三者融為一體進行分析，可以很好的反映出樁基和建筑物的實際受力情況，通過子結構法展開分析。

三、樁周淺層地基加固與基樁共同承載機理

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，樁頂水泥土會發生塑性受拉損壞，即便荷載達到了極限承載力的4/5后，水泥土還可以對中心樁起到約束作用，樁頭剛度沒有大幅下降。經過一段時間后，樁周水泥土會逐漸出現開裂情況，束縛力減弱。豎向拉應力與環向拉應力共同導致受拉損傷。

四、淺層地基加固與基樁聯合應用施工控制

水平承載提升效果與加固體和灌注樁的咬合程度相關，不可因為不同的施工技術而降低了自身剛度。要在中心灌注樁結束后，再進行樁周淺層旋噴加固，同時要保證混凝土達到設計強度的70%。旋噴加固一般用于常規灌注樁。

根據高壓旋噴柱的有關規定，與實際應用經驗，可使用雙管法能夠提高淤泥質黏土的施工質量。在施工過程中鉆桿要盡可能保持勻速，緩慢提高，當施工完畢或，要盡可能防止對樁周淺層加固體的干擾，可通過單軸抗壓實驗檢查施工質量。這種方法能夠降低中心灌注樁與基礎承臺的尺寸，為達到對豎向承載力的要求，要適當提高中心樁樁長，減少基礎混凝土用量，工程成本降低了約16%，因為樁經與承臺尺寸的下降，還可實現節能環保的效果。

樁基設計參數包括強度、變形與荷載，通常情況下，要對變形和強度進行分別測算，利用限制應力掌握地基沉陷量，人們習慣將沉降量、承載力當做獨立控制要素，在使用極限狀態設計法過程中，要結合實驗成果與工程經驗。從理論層面上看，無法準確對變形和強度進行處理，但無論選用什么方法，都在根本上規避了本構關系問題。

在選擇樁型極端，地質條件是不容忽視的要素，應保證樁型可以滿足對承載力和沉降方面的需要，要盡可能的發揮出樁身與地基的潛在能力，樁的破壞模式會左右樁型的選擇，地質問題非常復雜，若基巖埋藏不深，可選擇端乘樁，同時搭配高強度的嵌巖樁，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。

樁型要與現場環境相符，樁基施工會對周圍建筑物起到不良的環境效應，并考慮是否違反相關的法規。比如，常見問題有噪音污染、擠土影響等。部分樁型可能會破壞周圍建筑物，在進行基礎加固過程中，通常要在地下室施工，施工空間同樣需要重點考慮。

結論：

在基礎選型設計階段，要充分結合塔位地點的地質情況，挑選合適的基礎模式，可大幅度降低施工難度，減少基礎工程量，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合應用可加強水平承載力，保證施工質量。

參考文獻：

[1]劉佳龍，劉華清，王寶齊，等.特高壓輸電線路樁基礎低應變法檢測適用性探討[J].建筑結構，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中的應用[J].工程地球物理學報，2020，17（03）：386-392.