旋挖鉆機(jī)灌注樁設(shè)計(jì)在高壓輸電線路鐵塔基礎(chǔ)重的應(yīng)用
摘要：鐵塔作為高壓輸電線路的重要組成部分，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到線路的安全運(yùn)行、工程投資以及工程的綜合效益。隨著輸電線路電壓的等級(jí)越來(lái)越高，回路數(shù)和導(dǎo)線的截面積越來(lái)越大，對(duì)基礎(chǔ)的要求也就越來(lái)越高，尤其是在一些地質(zhì)條件較差的塔位，灌注樁逐漸成為鐵塔基礎(chǔ)的主要型式之一。灌注樁具有施工機(jī)械小、工藝簡(jiǎn)單以及施工技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛運(yùn)用于軟土、河道以及自重濕陷性黃土等特殊地基中的鐵塔基礎(chǔ)。本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了灌注樁技術(shù)在輸電鐵塔基礎(chǔ)中的應(yīng)用中的設(shè)計(jì)方法，可供同類工程參考。

　
　　輸電線路鐵塔基礎(chǔ)型式的選擇，主要是根據(jù)桿塔型式和受力情況、工程沿線的地形和地質(zhì)情況、運(yùn)輸?shù)葪l件來(lái)進(jìn)行確定。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，必須要保證地基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求。
　　1、工程概況
　　某輸電鐵塔為塔高二百一十六米的大跨越鋼管塔，而且該塔處于八度的強(qiáng)地震帶上，對(duì)于基礎(chǔ)要采取抗震措施，該工程所處地區(qū)的地形十分復(fù)雜，有很深的基巖面，而且淤泥層也很厚，如果基礎(chǔ)發(fā)生傾斜是很難修復(fù)的。地震會(huì)隨時(shí)導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降，產(chǎn)生的變形也是隨機(jī)的，這在很大程度上加大了設(shè)計(jì)的難度。通過大量的參考資料，綜合實(shí)際情況進(jìn)行了分析，為了保證工程的安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理，最終確定了采用的設(shè)計(jì)方案時(shí)鉆孔灌注樁結(jié)合承臺(tái)和連梁。
　　2、該工程設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)
　　2.1 如何選擇樁徑、樁長(zhǎng)和承臺(tái)的尺寸
　　通過該工程的地質(zhì)資料看以看到，該區(qū)有很厚的淤泥層，一些孔位的淤泥層達(dá)到了二十七米的厚度，還有一些孔位在在四十米深處還夾雜著近乎兩米厚的含有淤泥的砂土。還有較厚的粘土層和粉砂及粗砂層。如果在淤泥和粘土層較厚的地帶的樁徑太小或者是樁太長(zhǎng)，鉆孔就需要很長(zhǎng)的時(shí)間，就很容易導(dǎo)致縮頸和塌孔。由于粉土和砂土具有較強(qiáng)的透水性，很容易造成流沙塌孔和是斷樁。樁徑如果太大的話，會(huì)增加施工中的耗材，也就增加了施工的成本，而且對(duì)施工機(jī)械的要求非常高，很難滿足這些要求可能會(huì)對(duì)工程進(jìn)度造成影響。承臺(tái)的基礎(chǔ)圍巖水塘內(nèi)，而且地下水位較高，要同時(shí)保證承載力方面的要求和施工中對(duì)基坑開挖和排水的可行性。所以在選擇鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)、樁徑和承臺(tái)尺寸的時(shí)候，要遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)上，還要綜合對(duì)施工的機(jī)械、施工能力以及工期進(jìn)行考慮。
　　2.2 基礎(chǔ)之間會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降
　　該鐵塔的基礎(chǔ)根開較大，而且樁群布置的外緣范圍較大，在施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件也有較大的變化。每根樁的地質(zhì)條件都各不相同，在設(shè)計(jì)時(shí)每根樁的長(zhǎng)度也就各不相同。端樁支撐都處在不同的地質(zhì)中，這樣各個(gè)基礎(chǔ)的沉降量都是不相同的，一旦產(chǎn)生太大的沉降差異，就會(huì)造成基礎(chǔ)的整體傾斜，對(duì)基礎(chǔ)的上部結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的影響。基礎(chǔ)之間的沉降和地質(zhì)狀況、基礎(chǔ)的本身以及上部的作用力都有直接的關(guān)系，對(duì)于基礎(chǔ)本身的修復(fù)也很難。所以，對(duì)各種因素的影響進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是將基礎(chǔ)之間的不均勻沉降控制在規(guī)范中要求的范圍之內(nèi)。
　　2.3 在淤泥層有震陷的可能性
　　在地震的荷載作用下，軟土土體結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，隨著軟土層塑性區(qū)的擴(kuò)大，強(qiáng)度不斷降低，進(jìn)而產(chǎn)生永久性的變形就是軟土震陷。該工程處于八度地震帶中，淤泥層的厚度達(dá)到了十七到二十七米，在發(fā)生震陷之后，淤泥軟土層對(duì)樁側(cè)的作用力會(huì)迅速減小甚至消失，這時(shí)樁側(cè)摩阻力會(huì)消失甚至?xí)兂韶?fù)值，這樣就加大了樁的附加變形。由于樁的土側(cè)壓力會(huì)迅速見效甚至是消失，樁頂和上部結(jié)構(gòu)的水平位移會(huì)加大，這樣上部結(jié)構(gòu)就會(huì)被破壞進(jìn)而給整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。在目前通常采用的對(duì)軟土震陷進(jìn)行分析的方法是有限元法，但是通過這種方法計(jì)算出的模型和實(shí)際比較，往往有較大的出入，而且這種方法對(duì)地質(zhì)土層的參數(shù)也有很高的要求，因此這種方法在實(shí)際工程中并不實(shí)用。但在現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)定中，還沒有提供可行的計(jì)算方法，因此，在設(shè)計(jì)中急需解決的問題就是對(duì)軟土地基的震陷的解決方法。
　　2.4 對(duì)基礎(chǔ)承臺(tái)連梁的設(shè)計(jì)
　　在基礎(chǔ)之間增加連梁，可以進(jìn)行基礎(chǔ)水平作用力的傳遞，由于基礎(chǔ)具有整體性，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，能對(duì)基礎(chǔ)的受力分布狀況進(jìn)行改善，但目前還沒有可行的基礎(chǔ)連梁的計(jì)算方法，對(duì)于連梁的配筋只能是按照構(gòu)造進(jìn)行配置。由于連梁適合基礎(chǔ)承臺(tái)固接的，因此梁端肯定是要承受彎矩的，而彎矩和梁的截面積的大小和配筋又有直接的關(guān)系，當(dāng)梁端承受較大的彎矩時(shí)，這時(shí)在設(shè)計(jì)中就需要考慮如何保證梁端處不開裂的問題。而梁端彎矩和梁自身的線剛度以及基礎(chǔ)的整體線的剛度有關(guān)系，但是周圍土層的壓力會(huì)給基礎(chǔ)整體線的剛度產(chǎn)生一定的影響，但卻沒有辦法確定到底有多大的影響，因此就沒有辦法從理論上對(duì)梁端的彎矩進(jìn)行確定。
　　2.5 對(duì)地腳螺栓的設(shè)計(jì)
　　該工程基礎(chǔ)具有較大的作用力，通過計(jì)算可以得知地腳螺栓的質(zhì)量和塔腳法蘭的厚度、尺寸、質(zhì)量都很大，在運(yùn)輸和安裝時(shí)都是相當(dāng)困難的。地腳螺栓和塔腳法蘭的配合必須準(zhǔn)確。由于規(guī)格太大在施工中很難保證能精確定位，而塔腳底板和主材鋼管是焊接牢固的，如果它們之間的偏差太大，很難重新處理塔腳法蘭和地腳螺栓進(jìn)行配合，因此普通的地腳螺栓布置方式在實(shí)際上是不合理的，也不方便施工，需要重新確定布置方式。
　　3、設(shè)計(jì)
　　3.1 對(duì)樁徑、樁長(zhǎng)和承臺(tái)尺寸的選擇
　　在基礎(chǔ)方案確定之后，接下來(lái)就是對(duì)樁徑、樁長(zhǎng)和承臺(tái)的尺寸的確定。由于工程所處的地質(zhì)條件極為復(fù)雜，將樁徑初步定為一點(diǎn)二米，對(duì)于樁長(zhǎng)的確定要根據(jù)各個(gè)鉆孔的具體地質(zhì)條件來(lái)確定，如果樁長(zhǎng)取得過短，就要將樁徑增大，而且一些樁端會(huì)落在可塑的土層上，不利于抗震。通過綜合比較，最終將樁徑定位一點(diǎn)二米，樁長(zhǎng)確定在五十五到六十三米的范圍之內(nèi)。對(duì)于這樣的樁長(zhǎng)來(lái)說，適合采用的施工工藝是傳統(tǒng)的施工沖和鉆孔。承臺(tái)的長(zhǎng)寬尺寸是根據(jù)樁徑的大小來(lái)確定的，要保證承臺(tái)的厚度能滿足正常承載力的要求。承臺(tái)的埋深和施工中對(duì)基坑的開挖和排水有一定的影響，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)該減小埋深，進(jìn)而將開挖量和排水量減少，可以省工省時(shí)。 　　3.2 基礎(chǔ)之間的不均勻沉降
　　在確定好整體方案之后，就需要對(duì)塔位的四個(gè)基礎(chǔ)中樁端處土層最差的基礎(chǔ)進(jìn)行確定，即就是將沉降位移最大的基礎(chǔ)找出來(lái)。基礎(chǔ)的荷載值就是基礎(chǔ)及其上部作用力共同的載荷的永久值，依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的計(jì)算方法，結(jié)合工程中的參數(shù)，通過計(jì)算，可以確定一個(gè)基礎(chǔ)中心點(diǎn)的最大沉降量是三點(diǎn)五厘米，經(jīng)過綜合考慮，三點(diǎn)五厘米的承臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)造成的基礎(chǔ)整體傾斜能滿足相關(guān)規(guī)范中的要求，是可行的。
　　3.3 淤泥層有塌陷的可能
　　由于地震荷載的組合，會(huì)導(dǎo)致淤泥層出現(xiàn)震陷。如果發(fā)生軟土震陷，樁側(cè)的土壓力和摩阻力會(huì)減小甚至是消失，在樁側(cè)甚至有負(fù)的摩阻力出現(xiàn)，而在目前的沒有對(duì)這種情況的計(jì)算方法。有限元方法又不實(shí)用，這就需要找其他可行性較強(qiáng)的方法。假如認(rèn)為一定深度的土體完全失去了作用，這個(gè)時(shí)候基礎(chǔ)承臺(tái)和一部分樁長(zhǎng)就成為一個(gè)懸臂機(jī)構(gòu)，在地震荷載組合作用力下，假如這個(gè)模型能滿足強(qiáng)度的要求，則說明該方法是可行的。對(duì)于一點(diǎn)二米長(zhǎng)的樁徑，可以初步設(shè)定一個(gè)樁的懸臂長(zhǎng)度來(lái)對(duì)單樁的壓彎穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。而單樁的壓彎穩(wěn)定和其上部作用力大小、截面的形狀以及支撐條件有一定的關(guān)系，結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行綜合考慮，最終確定用十米長(zhǎng)的懸臂來(lái)計(jì)算單樁的壓彎穩(wěn)定。
　　3.4 基礎(chǔ)承臺(tái)連梁的設(shè)計(jì)
　　在承臺(tái)之間要加橫向連梁和對(duì)角連梁，由于承臺(tái)之間的距離較大，為了減小梁的截面尺寸，需要在中間加鋪樁來(lái)實(shí)現(xiàn)。在連梁的計(jì)算十應(yīng)該考慮對(duì)角連梁和橫向連梁。連梁和基礎(chǔ)承臺(tái)是固接的，梁會(huì)產(chǎn)生彎矩，而基礎(chǔ)有較大的轉(zhuǎn)角剛度和線度，梁的線性彎度不大，因此梁端產(chǎn)生的彎矩不大。通過分析驗(yàn)證，該結(jié)果是正確的。為了保證梁能承受自身的彎矩，最終確定梁的配筋率為百分之零點(diǎn)六，同時(shí)還考慮梁和基礎(chǔ)之間的充分錨固。
　　3.5 對(duì)地腳錨栓的設(shè)計(jì)
　　該工程主材使用的是內(nèi)徑1.52m以及外徑為1.58m的鋼管，施工人員在管內(nèi)作業(yè)是完全沒有問題的，所以在設(shè)計(jì)中提出了在鋼管內(nèi)外都進(jìn)行地腳錨栓布置的方案。通過增加螺栓的數(shù)量來(lái)減少螺栓的長(zhǎng)度和規(guī)格，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)便于螺栓的加工、運(yùn)輸和安裝的目的，同時(shí)還節(jié)省了工程的總投資。
　　4、結(jié)語(yǔ)
　　在該工程設(shè)計(jì)中，在結(jié)合工程實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，通過一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)和特殊處理，解決了工程設(shè)計(jì)中的所有難點(diǎn)，而且還加快了工程的進(jìn)度，節(jié)省了工程投資，因此在輸電鐵塔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，在遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，要結(jié)合工程的實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新，更好的滿足實(shí)際工程的需要。