載體樁技術(shù)及其在輸變電工程中的應(yīng)用前景分析

李鈞超 王龍 田宏梁 韓自剛 張雅強(qiáng)

摘 要：載體樁作為一種地基處理的新方式，具有技術(shù)可行、造價(jià)低廉等特點(diǎn)。它通過加固樁端持力層的方式來提高地基的承載力，在環(huán)境比較差以及土層條件比較差的地區(qū)具有一定的優(yōu)勢(shì)。本文在總結(jié)載體樁技術(shù)及其應(yīng)用性能方面的研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合輸變電工程中基礎(chǔ)處理的復(fù)雜性以及不同地質(zhì)條件下的處理方式，闡述了載體樁在輸變電工程中的應(yīng)用前景，對(duì)于載體樁的推廣具有重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：載體樁；輸變電工程；地基處理；適用性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.173

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)與城市化的不斷發(fā)展，為電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了更多發(fā)展機(jī)遇。輸變電工程作為電力系統(tǒng)最為重要的一環(huán)，其質(zhì)量的好壞直接影響到供電的可靠性與穩(wěn)定性。由于輸電桿塔基礎(chǔ)點(diǎn)多、面廣、跨度大，一般綿延上千公里，需要跨越各種氣候、地質(zhì)復(fù)雜的自然條件，使得輸電塔基礎(chǔ)在實(shí)際服役過程中體現(xiàn)出不同的受力性能。當(dāng)輸電線路處于地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)時(shí)，采用以往的復(fù)合地基等處理方法處理其基礎(chǔ)時(shí)就顯得及其不經(jīng)濟(jì)，而載體樁作為一種新的地基處理方式，在處理復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)具有一定的優(yōu)越性。載體樁是一種比較新的地基處理方式，其在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果也處于待考察階段。本文的目的在于總結(jié)載體樁的受力原理與傳力特點(diǎn)以及輸變電工程中地基處理的復(fù)雜性，分別介紹了載體樁在實(shí)際中的應(yīng)用以及輸變電工程中在實(shí)際工程中處理基礎(chǔ)所出現(xiàn)的問題，這對(duì)于載體樁在輸變電工程中的應(yīng)用具有積極地推廣作用。

2 載體樁性能及機(jī)理

2.1 載體樁構(gòu)成

載體樁是由混凝土樁身和載體構(gòu)成的樁。其中，載體是由混凝土、夯實(shí)填充料、擠密土體三部分構(gòu)成的承載體。

載體樁的承載力主要來自于載體，其技術(shù)原理為通過對(duì)填料的夯實(shí)，擠壓土體，從而增加樁端以下土體密實(shí)度并形成擴(kuò)展基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)力的擴(kuò)散，最終提高單樁承載力。其優(yōu)點(diǎn)在于：（1）通過樁基受力，承臺(tái)梁直接將上部荷載傳遞到深層地基土中，荷載傳遞形式簡(jiǎn)單；（2）單樁承載力高，是相同樁徑、樁長(zhǎng)普通灌注樁承載力的3～5倍，并且可通過調(diào)整施工參數(shù)調(diào)節(jié)單樁的承載力；（3）施工工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量易控制，施工中無需場(chǎng)地降水，減少工程量，縮短了工期；（4）可消納建筑垃圾，保護(hù)了環(huán)境，綠色環(huán)保、無污染；（5）在滿足承載力要求下，持力層選擇多樣，可降低樁長(zhǎng)，減少樁基礎(chǔ)施工造價(jià)。其缺點(diǎn)在于：（1）對(duì)填料的夯實(shí)，擠壓土體，施工時(shí)對(duì)周圍建筑或管線產(chǎn)生擠土效應(yīng)；（2）錘擊產(chǎn)生振動(dòng)，臨近有居民樓時(shí)，施工受到一定限制。

2.2 應(yīng)用范圍

就目前來說，載體樁得到了很大的發(fā)展并在很多地方得到了應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

袁國(guó)濤、陳龍等人[1]研究了載體樁施工技術(shù)，認(rèn)為載體樁作為一種全新的施工技術(shù)，理論上，在地面下不超過25m深度內(nèi)存在設(shè)計(jì)要求的持力層時(shí)，都可以采用該技術(shù)。鐘權(quán)強(qiáng)[2]分析了載體樁樁身在施工中的質(zhì)量問題及控制措施，認(rèn)為載體樁屬于擠土型樁，不同的地質(zhì)條件下擠土效應(yīng)的強(qiáng)度的影響范圍不同，特別是在一些地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)，采用載體樁時(shí)需要進(jìn)行試樁。戴恒、李蔚林[3]等人研究了載體樁在黃石地區(qū)地基處理中的應(yīng)用，研究認(rèn)為，通過擠壓土體可起到部分消除砂土液化的作用。程峰[4]研究了載體樁在濕陷性黃土中的應(yīng)用，研究表明：在濕陷性黃土較厚地段，在同等條件下（場(chǎng)地面積、濕陷土層較厚），載體樁方案不僅性價(jià)比高，而且大大縮短工期；在承載力要求低，水平承載力小的建筑中采用載體樁技術(shù)既能合理降低基建成本，節(jié)約工期，又能消除建筑垃圾。陳追田、鄭玉輝[5]等人研究了成都粘土中載體樁承載力的相關(guān)分析，研究表明：成都粘土中載體樁承載力容易控制，承載力比較穩(wěn)定。穆明、丁鵬等人[6]研究了載體樁在魯北地區(qū)應(yīng)用的適宜性，研究表明，載體樁在改良周圍土體方面效果明顯，能有效的大幅提高地基土承載力。載體樁環(huán)保節(jié)能，性能比較高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分明顯。李輝[7]研究了載體樁在高層民用建筑中的應(yīng)用，研究表明：載體樁在地基承載力及變形處理方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，同等技術(shù)條件下，載體樁基礎(chǔ)比復(fù)合地基更合理。杜明芳、王清山[8]等人進(jìn)行了了載體樁在鄭東新區(qū)密實(shí)砂土持力層中的試驗(yàn)研究，通過載體樁基礎(chǔ)單樁基礎(chǔ)靜載荷試驗(yàn)和載體樁復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)，分別對(duì)兩種方案的承載力與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比。研究認(rèn)為，載體樁基礎(chǔ)單樁在密實(shí)砂土持力層中沉降隨荷載的增加會(huì)出現(xiàn)陡降現(xiàn)象，且樁端土體喪失或基本喪失彈性，不能繼續(xù)承壓；而載體樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的荷載-撓度曲線為緩變形，其復(fù)合地基承載力特征值可按相對(duì)變形值確定。

總的來說，一方面載體樁是基于錘擊沉管灌注樁和擴(kuò)底樁原型創(chuàng)新升級(jí)的新型地基處理方案，它是比較新型的樁體施工方法。不僅繼承了擠土樁和灌注樁的優(yōu)點(diǎn)，又能利用樁端的擴(kuò)大頭充分提高地基承載能力，其承載力高、成本低、實(shí)用性強(qiáng)、對(duì)場(chǎng)地要求不高、工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)正在逐漸被業(yè)內(nèi)所認(rèn)可。另一方面目前對(duì)于載體樁的研究還很少，所以在已經(jīng)研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行更深的研究是很有必要的，將其引入到不同的工程領(lǐng)域中會(huì)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 載體樁在輸變電工程的應(yīng)用前景

輸變電工程在結(jié)構(gòu)和部局上不同于一般的工業(yè)與民用建筑，分部分項(xiàng)工程多，地域跨度大，荷載變化大，抗壓和抗拔復(fù)合，對(duì)環(huán)境和沉降的敏感程度高，因此，在電網(wǎng)工程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地基處理相對(duì)較為保守。

目前，輸變電工程的地基處理主要為換填墊層法、擠密樁法和鋼筋砼鉆孔灌注樁法。以上方法經(jīng)過了大量的工程實(shí)踐，其適用性和安全性均得到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可。相對(duì)于其它工民建項(xiàng)目，輸變電工程由國(guó)家投資，在地基處理方案的經(jīng)濟(jì)投資對(duì)比方面一般相對(duì)較為粗放，這就為類似于載體樁等新工法的引入造成了障礙。

一般來說，當(dāng)變電站處于較差的地形、地貌和巖土條件下時(shí)，多數(shù)建、構(gòu)筑物需要采取復(fù)合地基處理甚至樁基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的變電站規(guī)模較大，地基處理費(fèi)用相當(dāng)可觀，采用載體樁的優(yōu)勢(shì)較為明顯。由于線路工程占地跨度較大，地形、地貌和巖土條件變化較大，且線路桿、塔基豎向抗壓承載力要求較低，豎向抗拔及抗傾覆要求較高，另外考慮樁基設(shè)備頻繁轉(zhuǎn)場(chǎng)的問題，載體樁的適用性尚需根據(jù)具體情況進(jìn)行

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分析。此外，當(dāng)線路工程位于高填方、液化土層、濕陷性土層中時(shí)，由于載體樁的打入擠土作用及高承載力的特點(diǎn)，相對(duì)于其它地基處理方案，仍具有較高的性價(jià)比，可作為優(yōu)先考慮的地基處理方案。

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，為電力產(chǎn)業(yè)帶來了越來越多的發(fā)展機(jī)遇，而輸變電工程在電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中扮演了極其重要的角色。輸變電工程中的線路設(shè)計(jì)有可能涉及到地質(zhì)比較復(fù)雜的地帶，此時(shí)復(fù)合地基的應(yīng)用就極有可能顯得非常不經(jīng)濟(jì)。載體樁作為一種新型的處理基礎(chǔ)的方式，在處理復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)具有一定的優(yōu)勢(shì)。而目前對(duì)于載體樁在輸變電工程的應(yīng)用實(shí)例很少，一方面作為新型的基礎(chǔ)處理技術(shù)，其可行性與安全性有待考證；另一方面輸變電工程有一套比較成熟的基礎(chǔ)處理技術(shù)，作為新技術(shù)的載體樁基礎(chǔ)處理技術(shù)的引入就有一定困難。本文通過對(duì)載體樁和輸變電工程的特點(diǎn)以及應(yīng)用的闡述，為載體樁在輸變電工程中的應(yīng)用提供一定的依據(jù)，同時(shí)對(duì)更合理、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的輸變電工程基礎(chǔ)處理方式的發(fā)展起到積極地推動(dòng)作用。

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作者簡(jiǎn)介：李鈞超（1989-），男，寧夏銀川人，本科，工程師，主要研究方向：變電工程技術(shù)。