淺談青藏高原多年凍土地區(qū)直錐基礎施工控制

周正旗

摘 要：格爾木至拉薩段的±400千伏直流線路工程是首條穿越青藏高原多年凍土的高壓輸電線路，由于青藏高原屬于高海拔凍土，凍土活動層每年凍結、融化循環(huán)，對鐵塔基礎的穩(wěn)定性造成很大危害，尤其是板式基礎中的直錐基礎，是為解決高原多年凍土地區(qū)鐵塔基礎的穩(wěn)定運行而優(yōu)化設計的，其在非多年凍土地區(qū)很少使用，給施工過程控制提出了新的要求。下面就多年凍土地區(qū)直錐基礎施工影響因素及控制措施進行分析介紹。

關鍵詞：多年凍土;直錐基礎;施工工藝;過程控制

1 概況

本輸電工程被稱為電力天路，在青藏高原腹地通過，具有高海拔、高寒和缺氧的特殊自然環(huán)境，在被稱為“生命的禁區(qū)”的青藏高原施工，具有挑戰(zhàn)“兩個世界之最”（沿線海拔最高，施工多年凍土最長），攻克“四個工程難題”（高原生理健康保障困難、高原生態(tài)環(huán)境極其脆弱、高海拔過電壓與絕緣配合及多年凍土施工難度極大），其中多年凍土基礎施工是最大挑戰(zhàn)。

2 多年凍土板式基礎選型

1）多年凍土地區(qū)基礎型式選用。針對多年凍土的特性和存在的危害，在輸電線路工程鐵塔基礎的設計中，主要對淺基礎進行了優(yōu)化設計，采用了直錐基礎、裝配式基礎和掏挖基礎三種淺基礎型式，用在多年凍土較穩(wěn)定的地區(qū)和具有巖石地質條件的塔位，并通過在基礎外層包裹玻璃鋼模板、基礎周圍安裝熱棒處理等措施，保證淺基礎的長期穩(wěn)定運行。另外，采用了灌注樁、掏挖樁基礎這兩種深基礎型式，用在地質較差的沼澤地、河灘及多年凍土不穩(wěn)定地區(qū)，并在基礎立柱頂部包裹玻璃鋼模板、基礎外側安裝熱棒處理等措施，提高基礎的穩(wěn)定性，使基礎長期運行。

2）直錐基礎結構形式。直錐基礎是在常規(guī)板式基礎型式上優(yōu)化設計的一種淺基礎型式，通過采用正方形錐臺底板和圓形錐臺立柱形狀，使其具有較好的克服基礎兩側水平凍脹力不均衡能力和對切向凍脹力具有很好的卸力作用。并且使用玻璃鋼模板（永久留置，即不拆模）保護，利用玻璃鋼模板和混凝土基礎表面間存在分層和較大的摩擦力的特性，克服在凍脹過程中產生上拔造成基礎逐年拔高。

這種基礎型式主要用于低含冰凍土，在用于富冰凍土地基時，立柱表面采取了玻璃鋼模板防凍拔措施、基礎底部襯墊0.4m厚的砂礫石粗顆粒墊層防凍脹措施及熱棒處理措施等。其結構型式及設計相關參數見圖表。

3 多年凍土區(qū)直錐基礎施工影響因素分析

對直錐基礎穩(wěn)定性的影響。

1）在多年凍土和活動層間存在大量的凍結層上水，基坑開挖需要穿透活動層進入多年凍結層，此時凍結層上水會大量滲出，造成坑壁坍塌、基坑積水，不及時排除會將坑底凍土緩慢融化，使坑底形成薄層淤泥。

2）在基礎鋼筋綁扎或基礎澆筑后，基坑內的出水不及時排除，出現坑底淤泥無法清除或多年凍土層的大量融化，影響基礎的穩(wěn)定性。

3）直錐基礎考慮地基的穩(wěn)定性，在基礎底部設計采用了粗顆粒墊層處理措施，但施工中墊層中一旦進入較多的積水，在基礎施工完成后多年凍土地基回凍時，由于水結冰后體積膨脹，將會把基礎從最底部直接向上頂起變形。

4）土體凍脹主要是所含水分凍結時膨脹引起，因此，基礎凍脹危害主要是回填土的含水率決定，含水率較高時，在回凍時由于回填土各部位的密實度不均勻及含水率不均衡等因素，將造成基礎兩側的水平凍脹力不平衡形成側壓力，使基礎產生位移，同時由于土體膨脹將形成切向凍脹力，將基礎向上拔起?；A的水平位移和沉降，將使基礎逐漸失去穩(wěn)定性，同時造成坐落在基礎上的鐵塔受到嚴重破壞。

5）基礎施工造成的周圍環(huán)境破壞不能恢復時，在雨水、雪水快速滲入、全球氣溫變暖、紫外線照射地面直接吸收等熱擾動的共同作用下，基礎周圍逐漸形成熱熔滑塌、湖塘等，造成基礎及周圍的多年凍土層逐年向下融化，基礎地基賴以穩(wěn)定的多年凍土層將因融化而形成活動層，基礎失去穩(wěn)定性。

4 直錐基礎施工過程控制

4.1 直錐基礎、玻璃鋼模板特點

1）多年凍土地區(qū)直錐基礎均采用10㎜厚的錐臺形玻璃鋼模板代替工具模板一次性永久埋入地下。

2）玻璃鋼模板具有質輕而硬、機械強度高、耐腐蝕、表面光滑的優(yōu)點，在多年凍土地區(qū)的活動層每年的融化→凍結循環(huán)過程中，在玻璃鋼表面產生的切向凍脹力很小，克服了冬季凍脹過程中將基礎拔起的危害。

3）相比工具鋼模板，具有加工容易、成本低、重量輕、整體性好、便于運輸、模板支護難度小的優(yōu)點。

4）但相對鋼模板也存在因重量輕，振搗過程中混凝土的浮力將把模板向上頂起和因表面光滑、固定難度較大的缺點。

5）為方便模板固定，在模板中下部埋入一道固定用尼龍繩。

6）基坑開挖控制措施。為了減少基坑開挖環(huán)節(jié)對多年凍土的熱擾動，必須快速開挖成型并采取其它措施，才能減少對多年凍土的擾動。（1）直錐基礎基坑開挖土方量較大，土體凍結，開挖難度較大，使用人力開挖施工已經不能滿足要求，必須使用機械開挖設備作業(yè)，實踐證明在冬季需要采用400型以上的挖掘機才能較快的進行基坑開挖工作。（2）為了加快基坑開挖及相應的基礎施工進度，必須減少一次作業(yè)的工作量，因此，施工中采取逐腿開挖，達到加快施工速度、減少基坑暴露時間。（3）為降低基坑開挖的土方對基面的破壞，開挖的土方生熟土分開襯墊堆放，減少施工臨時占地。（4）基坑開挖時對基坑坑壁進行放坡處理，坑底每邊預留0.4m以上的操作空間。（5）選擇在氣溫很低的凌晨4～5點開始開挖，一般1個基坑需要6～8個小時開挖完成，修坑后立即進行墊層處理和支模、基礎澆筑施工，加快施工節(jié)奏，減少對多年凍土的熱擾動。（6）基坑開挖后立即對太陽照射的坑壁使用遮陽網進行遮陽處理，減少紫外線輻射，降低熱擾動。（7）在基坑底部每邊挖設排水槽，并在對角方向的坑角上掏挖深400㎜左右、直徑不小于Φ400㎜的排水坑（凍結層上水較大的基坑根據需要增設），并將泥漿泵埋入坑內對基坑的凍結層上水出水排除干凈，防止坑底積水和墊層內進水。（8）當凍結層上水較多且融化層為砂土層時易出現塌方，需要使用擋土板對融化層進行阻擋，防止塌方。（9）基礎底板下部的粗顆粒墊層采用粗砂：碎石=1：3比例混合均勻后鋪墊，且用電夯實。

7）模板安裝控制措施。（1）直錐基礎使用的錐形玻璃鋼模板應使用吊車等設備吊裝，并采用多點綁扎吊裝，使玻璃鋼模板平穩(wěn)吊入基坑內。（2）玻璃鋼模板在支模時用Φ9鋼絲繩配合緊繩器，通過玻璃鋼模板上制作時預埋的控制繩進行提升和調整。（3）在基礎底盤模板的角上，使用Φ9鋼絲繩連接在模板的固定尼龍繩上，給玻璃鋼模板一個向下預拉力（預拉力應較大），控制混凝土澆筑及搗固過程中玻璃鋼模板不因混凝土的切向壓力向上滑移。（4）玻璃鋼模板使用3道以上的鋼管架進行支撐和加固，防止在混凝土澆制過程中跑偏。（5）玻璃鋼模板在支撐時兩邊受力均勻，支撐鋼管安裝在固定架上，防止直接頂撐在玻璃鋼模板上在受力過大后造成玻璃鋼模板變形。（6）支撐鋼管應斜向下（玻璃鋼模板側較低）安裝。（7）下料臺應與模板支撐架分離搭設，避免澆制過程中造成模板偏移。

4 總結

通過對于多年凍土地區(qū)直錐基礎的現場施工，應用了此文中制定的相應的控制措施，取得了良好的質量控制效果和可觀的經濟效益，為本工程質量一次成優(yōu)打下了堅實基礎，避免了，對凍土了解不深入而造成的返工浪費等經濟損失;贏得了工程十分寶貴的有效施工期，確保了工程進度，為順利完成工程奠定了基礎，產生了許多不可估量的隱形效益，節(jié)約了成本支出。

參考文獻

[1]吳紫汪，劉永智.凍土地基與工程建筑[M].海洋出版社，2005年.