高原凍土區(qū)輸電線路錐柱基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制

左 鋒，張洪斌

（蘭州開(kāi)元工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730050）

0 引 言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)也在不斷向高緯度、高海拔和高寒地區(qū)延伸。西藏地區(qū)凍土帶分布廣泛，為了解決凍土的凍脹和融沉給輸電線路基礎(chǔ)帶來(lái)的威脅與侵害，近年來(lái)，西藏地區(qū)高電壓等級(jí)輸電線路在凍土區(qū)普遍采用一種錐柱基礎(chǔ)形式來(lái)削弱凍土地質(zhì)災(zāi)害對(duì)輸電線路安全運(yùn)行的影響。為此，筆者就高原凍土條件下錐柱基礎(chǔ)的施工方法和質(zhì)量控制進(jìn)行闡述。

1 凍 土

凍土是指0℃ 以下含有冰的巖石和土壤。凍土是一種特殊的土體，其組成、結(jié)構(gòu)和熱物理學(xué)及力學(xué)性質(zhì)獨(dú)特。凍土含冰，對(duì)環(huán)境溫度的變化敏感。當(dāng)環(huán)境溫度降低（冬季），凍土層凍結(jié)，體積增大，產(chǎn)生凍脹；當(dāng)環(huán)境溫度升高（夏季），凍土層融化，產(chǎn)生融沉。凍土對(duì)輸電線路基礎(chǔ)造成危害的主要成因，是作用于線路基礎(chǔ)上的切向凍脹力。國(guó)內(nèi)外工程試驗(yàn)研究表明，若采用錐柱基礎(chǔ)形式，當(dāng)傾角 θ≥9o 時(shí)（見(jiàn)圖1），將不會(huì)出現(xiàn)因切向凍脹力作用而破壞混凝土基礎(chǔ)。

圖1 基礎(chǔ)防凍處理示意圖

2 錐柱基礎(chǔ)的特點(diǎn)

錐柱基礎(chǔ)既具有斜面基礎(chǔ)消剪切向凍脹力的特點(diǎn)，又具備錨固基礎(chǔ)的抗拔穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)。錐柱基礎(chǔ)能消減切向凍脹力的機(jī)理在于：作用在基礎(chǔ)立柱部分的法向凍脹力與切向凍脹力在垂直方向的分力可相互抵消，而錐柱基礎(chǔ)擴(kuò)展部分的錨固作用又與開(kāi)挖類基礎(chǔ)相同，因而錐柱基礎(chǔ)兼具斜面基礎(chǔ)和錨固基礎(chǔ)的抗凍拔特性，且具有顯著的防凍脹性能。近年來(lái)，西藏等高原凍土區(qū)普遍采用玻璃鋼模板抗凍技術(shù)，進(jìn)一步提高了輸電線路基礎(chǔ)的抗凍脹性能。玻璃鋼模板替代傳統(tǒng)模板，省去了基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)和拆模流程，縮短了基礎(chǔ)在基坑中的暴露時(shí)間，減少了對(duì)凍土的擾動(dòng)以及混凝土澆筑時(shí)水化熱對(duì)凍土的影響。另外，玻璃鋼模板具有表面光滑、憎水和防腐的特性，在進(jìn)一步減小切向凍脹力的同時(shí)，避免了混凝土基礎(chǔ)受到土壤中雜質(zhì)元素的侵蝕；在阻隔凍土中冰水與基礎(chǔ)直接接觸的同時(shí)，杜絕了反復(fù)凍融循環(huán)過(guò)程對(duì)混凝土基礎(chǔ)造成破壞。

3 錐柱基礎(chǔ)施工工藝流程

輸電線路中錐柱基礎(chǔ)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→路徑測(cè)量與分坑→基坑開(kāi)挖→墊層敷設(shè)→鋼筋綁扎→玻璃鋼模板安裝→混凝土澆筑→基礎(chǔ)檢查→基礎(chǔ)回填→場(chǎng)地清理。

4 錐柱基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 路徑測(cè)量與分坑的質(zhì)量控制

施工復(fù)測(cè)應(yīng)以設(shè)計(jì)勘測(cè)標(biāo)定的兩相鄰直線樁為基準(zhǔn)，分別復(fù)測(cè)中心樁、線路轉(zhuǎn)角、檔距等線路路徑參數(shù)。復(fù)測(cè)結(jié)果檢核中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：若以相鄰兩直線樁作為基準(zhǔn)，則其橫線路方向偏差大于50mm；塔位中心樁或直線樁的樁間距離相對(duì)設(shè)計(jì)值的偏差大于1%；用方向法復(fù)測(cè)轉(zhuǎn)角樁的角度，若設(shè)計(jì)值的偏差大于1′30″，應(yīng)及時(shí)查明原因，予以糾正后方可轉(zhuǎn)序；同一施工段內(nèi)若存在三處超差，則全段應(yīng)重新復(fù)測(cè)；按照分坑手冊(cè)所給定的放線尺寸進(jìn)行分坑測(cè)量；為方便玻璃鋼模板和地腳螺栓的放線、安裝和找正，應(yīng)在坑位附近建立可靠的輔助樁位；基礎(chǔ)分坑結(jié)束后，應(yīng)妥善保護(hù)好基礎(chǔ)中心樁、轉(zhuǎn)角塔位移樁和二等分線樁，以此作為基礎(chǔ)檢查和驗(yàn)收的依據(jù)。

4.2 基坑開(kāi)挖及回填的質(zhì)量控制

基坑開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)保留塔位中心樁或?qū)⒅行臉兑郎y(cè)至可靠處，以便對(duì)基礎(chǔ)標(biāo)高、高差和坑深等基坑參數(shù)進(jìn)行測(cè)設(shè)。為盡量減少對(duì)原狀凍土的擾動(dòng)，可采用機(jī)械開(kāi)挖，開(kāi)挖深度達(dá)到設(shè)計(jì)埋深前應(yīng)預(yù)留200mm～300 mm 凍土層，在支模前進(jìn)行基坑操平時(shí)，由人工開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度，以進(jìn)一步減少對(duì)凍土地基的擾動(dòng)。基坑深度應(yīng)以設(shè)計(jì)的施工基面為準(zhǔn)，允許偏差控制在 －50 mm～－100 mm 以內(nèi)，基坑底部應(yīng)按最深處進(jìn)行操平處理，當(dāng)基坑坑深偏差超過(guò)＋100 mm 時(shí)，其超深部分應(yīng)進(jìn)行鋪石灌漿處理。另外，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)注意坑壁邊坡的穩(wěn)定情況，為減少對(duì)凍土的擾動(dòng)，不可隨意擴(kuò)大邊坡；按相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)將放坡系數(shù)控制在1∶0.3；凍土回填前，應(yīng)清除干凈坑內(nèi)冰雪，搗碎凍土塊，清除冰雪后方可回填，回填應(yīng)按每層300mm 厚度分層夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不得小于原狀土的80%，回填后應(yīng)設(shè)置防沉層，其范圍不小于基坑上部邊寬。凍土坑回填完成后，經(jīng)歷一個(gè)凍融期，隨后及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)填。

4.3 玻璃鋼模板安裝的質(zhì)量控制

玻璃鋼模板安裝前應(yīng)復(fù)核設(shè)計(jì)尺寸，檢查防腐涂層的連續(xù)性和完整性，安裝過(guò)程中應(yīng)有防刮傷和防碰撞措施?；A(chǔ)整體支模步驟如下：安裝底層模板→安裝控制玻璃鋼模板框架鋼管→安裝玻璃鋼模板→安裝地腳螺栓。其中，安裝控制玻璃鋼模板框架鋼管是玻璃鋼模板安裝工序的關(guān)鍵。充分發(fā)揮安裝鋼管的限位、固定和支頂作用，是防止混凝土澆筑時(shí)跑模和偏斜的關(guān)鍵。在底層模板上架設(shè)托架角鋼，并且將玻璃鋼模板逐塊安裝在托架角鋼上，安裝時(shí)務(wù)必要控制各支撐器和支撐木的支頂位置和布置間距，確保玻璃鋼模板在澆筑過(guò)程中不發(fā)生位移和變形。地腳螺栓安裝時(shí)應(yīng)采用模具找正，地腳螺栓模具除了厚度應(yīng)滿足抗變形要求以外，模具上觀測(cè)定位孔位置應(yīng)正確并經(jīng)復(fù)檢合格。地腳螺栓找正和操平后應(yīng)全面檢查基礎(chǔ)標(biāo)高、基礎(chǔ)頂面相對(duì)高差、基礎(chǔ)根開(kāi)及對(duì)角線、地腳螺栓小根開(kāi)及對(duì)角線等基礎(chǔ)參數(shù)。玻璃鋼模板安裝工序中的質(zhì)量控制重點(diǎn)應(yīng)放在以下兩個(gè)關(guān)鍵質(zhì)控點(diǎn)：一是玻璃鋼立柱模板與錐柱底座模板的內(nèi)口尺寸偏差應(yīng)在 －2%～－1% 之間；二是玻璃鋼立柱模板在底層模板上的位移應(yīng)小于3mm。

4.4 混凝土澆筑的質(zhì)量控制

為了減少基礎(chǔ)施工對(duì)多年凍土的影響，輸電線路桿塔基礎(chǔ)施工宜在低溫季節(jié)進(jìn)行，因而本節(jié)中混凝土施工應(yīng)采用負(fù)溫混凝土施工工藝。混凝土配合比計(jì)量采用重量比形式，砂石用量誤差應(yīng)控制在3% 以內(nèi)，水泥用量誤差應(yīng)控制在2% 以內(nèi)，早強(qiáng)劑、防凍劑等外加劑應(yīng)根據(jù)實(shí)際氣溫值按配合比和使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定其用量，并且派專人負(fù)責(zé)添加和記錄。C30 基礎(chǔ)混凝土最大水膠比為0.5，抗凍等級(jí)不得低于 F150。

在低溫季凍土區(qū)施工，澆筑期的平均氣溫通常低于0℃，因此，混凝土攪拌用的水和砂石料應(yīng)在攪拌前事先加熱，攪拌用水泥因不得直接加熱而需要放置在專用暖棚內(nèi)升溫，攪拌用水的加熱可根據(jù)實(shí)際氣溫及實(shí)測(cè)入模溫度值進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)氣溫高于 －15℃ 時(shí)，攪拌水應(yīng)加熱至60℃～70℃，混凝土入模溫度宜控制在6℃～8℃ 之間；當(dāng)氣溫低于 －15℃時(shí)，攪拌水可加熱至70℃～80℃ 之間，混凝土入模溫度宜控制在8℃～12℃ 之間。通過(guò)混凝土冬期施工熱工計(jì)算，確保砂石和水泥等攪拌料的溫度滿足混凝土入模的最低溫度要求，值得注意的是，水泥不得直接加熱。本文中現(xiàn)澆基礎(chǔ)混凝土雖不拆模，但仍應(yīng)保持＋5℃ 以上正溫養(yǎng)護(hù)，直至混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值70% 以上時(shí)方可回填。因此，本文中現(xiàn)澆混凝土保溫應(yīng)采用蓄熱法或暖棚法，在保溫期內(nèi)，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行測(cè)溫監(jiān)控，在暖棚內(nèi)選擇典型位置布控測(cè)溫點(diǎn)，每晝夜測(cè)溫不應(yīng)少于4次。

在澆筑混凝土基礎(chǔ)過(guò)程中，每日或每基基礎(chǔ)至少檢查2 次坍落度和配合比，確保檢查結(jié)果滿足設(shè)計(jì)文件和規(guī)范的要求。試塊是檢查混凝土基礎(chǔ)是否達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，每基直線塔現(xiàn)澆基礎(chǔ)試塊，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)制作兩組，其中28d 標(biāo)準(zhǔn)試塊1組，作為強(qiáng)度驗(yàn)收依據(jù)，同條件長(zhǎng)齡期1組作為結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)依據(jù)。耐張塔現(xiàn)澆基礎(chǔ)試塊現(xiàn)場(chǎng)制作3組，其中28d 標(biāo)準(zhǔn)試塊1組，作為強(qiáng)度驗(yàn)收依據(jù)，同條件長(zhǎng)齡期2組作為結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)依據(jù)。

4.5 基礎(chǔ)質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)定

基礎(chǔ)質(zhì)量驗(yàn)收分兩部分：?jiǎn)瓮然A(chǔ)驗(yàn)收和整基桿塔基礎(chǔ)質(zhì)量驗(yàn)收，其質(zhì)量驗(yàn)收和評(píng)定主控項(xiàng)目分別列于表1和表2中。另外，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范要求，凍土區(qū)輸電線路基礎(chǔ)施工后，應(yīng)在基礎(chǔ)上設(shè)置沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，以供長(zhǎng)期觀測(cè)基礎(chǔ)根開(kāi)、對(duì)角線和錐柱頂面高差等參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范的要求。

表1 單腿基礎(chǔ)質(zhì)量驗(yàn)收主控項(xiàng)目表

表2 整基桿塔基礎(chǔ)質(zhì)量驗(yàn)收主控項(xiàng)目表

5 結(jié) 語(yǔ)

錐柱基礎(chǔ)是凍土區(qū)輸電線路基礎(chǔ)常用的基礎(chǔ)形式，對(duì)于必須依靠深埋才能抵抗上拔力和凍脹力的基礎(chǔ)而言，錐柱基礎(chǔ)能夠減少基坑開(kāi)挖量和混凝土方量，更加有利于減少對(duì)凍土的擾動(dòng)和水化熱對(duì)周邊凍土的影響。玻璃鋼模板技術(shù)在凍土區(qū)基礎(chǔ)中的應(yīng)用則更進(jìn)一步加強(qiáng)了混凝土的綜合抗凍能力，降低了多年凍土對(duì)輸電線路基礎(chǔ)的影響。實(shí)踐表明，錐柱基礎(chǔ)加玻璃鋼模板抗凍技術(shù)已經(jīng)成為高原凍土條件下輸變電線路基礎(chǔ)的首選基礎(chǔ)形式，其設(shè)計(jì)、施工工藝先進(jìn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。