桿塔基礎工程雜填土地基設計與處理方法

夏亦湘　蔣雨和

摘要：輸電線路桿塔基礎的質量直接關乎我國輸電系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，雜填土地基輸電線路桿塔基礎選型設計因雜填土地基的特殊性質具有較強的復雜性，很大程度上受到了自然環(huán)境的影響，在施工中容易產生質量問題使得輸電線路桿塔基礎變形，甚至導致其倒塌。本文就不同雜填土地基輸電線路桿塔基礎的施工工法進行了分析，以供同行參考。

關鍵詞：線路；桿塔基礎；雜填土

中圖分類號：TU473.1⁺2

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）09-0104-02

1 引言

輸電線路桿塔基礎是我國輸電系統(tǒng)的重要構成部分，保障其安全穩(wěn)定是保障我國電網系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎。然而，當前我國的輸電線路桿塔基礎依然存在著一些問題，無論是自然因素還是人為因素都有可能使得輸電線路桿塔基礎在施工時產生一定的誤差，并可能在后期引發(fā)一系列嚴重的損失。當前，越來越多的輸電線路工程需要在雜填土地基中立塔。雜填土地基輸電線路桿塔基礎工程建設具有特殊的復雜性。本文結合輸電線路桿塔基礎行業(yè)特征，探討了雜填土地基輸電線路桿塔基礎工程技術，可供類似工程設計時參考。

2 樁基礎

當填土層及其下軟土層深厚，采用地基處理方式仍無法滿足承載力要求時，可選擇樁基礎形式，樁基礎形式又分為灌注樁基礎和預制樁基礎2種。相對而言，預制樁基礎本體費用略高于灌注樁基礎，但預制樁基礎具有施工速度快、樁身無需養(yǎng)護、地層適應性強且無污染的優(yōu)點。根據工程特點因地制宜地選擇灌注樁基礎或預制樁基礎，單樁基礎如圖1所示。

采用樁基方案時，工程設計中通常將樁基埋深進入持力層，并將雜填土中的樁身長度作懸臂考慮，且將雜填土與樁身懸臂段之間的摩擦力取為0。架空輸電線路桿塔基礎具有顯著的行業(yè)特征。以一般格構式桿塔基礎為例，隨自然條件的變化，基礎承受拉壓力交變作用，同時也承受較大的水平荷載，抗拔和抗傾覆穩(wěn)定通常是設計的控制條件。因此，為滿足輸電線路桿塔基礎承載力和變形要求，上述設計理念和參數取值的結果往往使得樁基直徑和埋深都很大。

為提高圖1所示單樁基礎方案承載和變形能力，工程中可采用連梁結構將4個單樁基礎連成一個整體，成為一個框架結構，如圖2所示。

3 筏形基礎

當填土層及其下軟土層厚度適中，直接采用擴展基礎可能不滿足下壓承載力和不均勻沉降要求。此時，可采用筏型基礎方案。筏型基礎又叫筏板型基礎，可分為板式、梁板式2種形式。

板式筏型基礎如圖3所示，即在雜填土地基上設計混凝土大板結構，在混凝土大板上鋪設中粗砂及卵石層墊層，在砂卵石層墊層上設計擴展式獨立基礎。

采用圖3所示的基礎方案時，混凝土大板結構提高了基礎整體結構的剛度，可有效降低地基附加應力，減小地基沉降。同時，混凝土大板結構上鋪設砂卵石層墊層可使得基礎在不均勻沉降時，實現(xiàn)基礎受力和變形的自適應調整。梁板式筏型基礎如圖4所示，即把桿塔結構塔腿下的獨立基礎澆注成整體底板，并全部用聯(lián)系梁聯(lián)系起來，形成由底板、圈梁、立柱組成的整體基礎結構。

圖3和圖4所示的筏型基礎其整體性好，具有較強的抵抗地基不均勻沉降能力。

4 基于地基處理的桿塔基礎方案

為充分利用雜填土地基的承載性能，對深厚回填土地基可將基底原雜填土進行換填或進行原位壓實后采用擴展式基礎，如圖5所示。該方案適用于設計基礎底部雜填土層厚度小，且其下具有較好的持力土層。

換填就是不良雜填土開挖至基礎設計深度以下，回填抗剪強度大、壓縮性小的土，如礫石、石渣、灰土等，分層夯實，形成雙層地基，可有效擴散基底壓力。而原位壓實法就是采用人工或機械夯實、碾壓或振動，使土體密實，以提高雜填土承載能力。為提高軟弱地基承載性能、減小基礎位移及不均勻沉降，換填后地基承載力特征值、壓縮變形模量以及天然地基（碎石墊層0m）分別如圖6所示。

圖6表明，換填法可顯著提高地基承載和變形能力，該試驗成果雖來源于軟弱土地基，但對雜填土地基也有一定的借鑒意義。

此外，對于深厚雜填土地基可預先對回填土進行處理，形成復合地基，然后在復合地基上采用常規(guī)桿塔基礎形式，如圖7所示。地基處理方式可因地制宜采用微型灌注樁、水泥粉煤灰碎石樁、石灰樁、高壓噴射注漿等形式。

通過地基處理，原雜填土的部分土體被增強或被置換形成增強體，由增強體和周圍雜填土地基共同承擔荷載的復合地基，既可充分利用雜填土地基的承載性能，也有效地提高了地基承載和變形的能力，基于復合地基的桿塔基礎方案在實際工程中已得到廣泛應用。

5 雜填土地基工程性質試驗

上述桿塔基礎方案設計中都涉及到雜填土地基工程性質及其設計參數的確定問題，但由于雜填土地基回填土成份、回填時間、回填過程等方面均具有不確定性，且離散性較大，使得如何確定雜填土地基工程性質成為桿塔基礎工程設計中經常遇到的難題。現(xiàn)場大規(guī)模原位靜載荷試驗是確定雜填土地基工程性質的最直接的方法，但實際工程中往往因試驗時間長、費用高而變得難以實施。鑒于回填土的復雜性及現(xiàn)場大規(guī)模試驗困難性，可采用圓錐動力觸探試驗或標準貫入試驗未確定回填土地基的物理力學性質。

圓錐動力觸探試驗就是利用一定質量的落錘，以一定高度的自由落距將標準規(guī)格的圓錐探頭打入土層中，根據探頭貫入的難易程度（可用貫入一定距離的錘擊數、貫入度或探頭單位面積動貫阻力來表示）判定土層性質，可獲得地基土的密實度、地基承載力、變形指標以及地基土層的均勻性等指標，具有鉆探和測試的雙重功能。圓錐動力觸探試驗可分為輕型、重型和超重型3種類型。

標準貫入試驗是利用質量為63.5kg的重錘按照規(guī)定的落距（76cm）自由下落，將標準規(guī)格的貫入器打入地層，根據貫入一定深度得到的錘擊數N判定土層性質。根據標準貫入試驗成果，可確定地基土體的密實度、土體的狀態(tài)和無側限抗壓強度、地基承載力、土體的抗剪強度以及土的變形參數等。如日本規(guī)范給出了無黏土N值對應的密實度、土體容重和內摩擦角的關系，如表1所示。

當前，我國架空輸電線路桿塔基礎工程領域尚未開展根據圓錐動力觸探或標準貫入試驗未確定地基土體物理力學性質的研究工作，針對雜填土地基更是沒有相關研究成果。因此，在今后的回填土地基桿塔基礎工程建設中可通過圓錐動力觸探或標準貫入試驗方法研究雜填土地基物理力學性質，以確定不同回填時間、不同回填條件下雜填土的物理力學性質參數取值，為我國桿塔基礎設計提供支持。

6 結語

雜填土地基輸電線路桿塔基礎選型設計因雜填土地基的特殊性質具有較強的復雜性。本文給出的雜填土地基樁基礎、筏型基礎以及基于雜填土地基處理的桿塔基礎方案及其適用條件，建議的雜填土地基工程性質的試驗方法都可為供設計提供參考。同時，也需要進一步加強相關現(xiàn)場試驗研究工作。