某110 kV電塔基礎加固及糾偏工程施工方法

翁佳明，鄧志健

（廣州市魯班建筑科技集團股份有限公司 廣州510110）

1 概況

某110 kV 電塔基礎加固及糾偏工程位于廣州市番禺區(qū)，本構筑物為110 kV桿塔，桿塔為單柱鋼結構，柱截面為800 mm 高的正八邊形截面，柱錐度為1/55：上部設置3組橫擔，塔高為30 m，柱腳為直徑1 150 mm的法蘭螺栓固定，基礎為單柱單樁的直徑1 400 mm混凝土鉆孔灌注樁，樁長約9.0 m（根據(jù)施工記錄）。

現(xiàn)本桿塔西南側的地臺和毛石擋墻發(fā)生塌方，塌方面積約2.0 m 寬×15.0 m 長，深度1.0 m，塌方區(qū)域離桿塔約4.5 m，桿塔現(xiàn)出較明顯的南向傾斜。為滿足供電需求和桿塔結構的安全，需對桿塔進行基礎加固和糾偏處理。

2 數(shù)據(jù)分析

線路運行人員利用經(jīng)緯儀儀器對本電塔進行精確測量，具體的測量結果如圖1所示。

2.1 要求

根據(jù)《高聳結構設計標準：GB 50135—2019》［1］、《架空輸電線路運行規(guī)程：DLT-741—2010》［2］、《鋼結構設計標準：GB 50017—2017》［3］，得知正常桿塔傾斜最大允許值如下：桿塔傾斜度（包括撓度）為0.5%，鐵塔主材相鄰接點間彎曲度＞0.2%。

圖1 偏移示意圖Fig.1 Sketch Map of the Excursion

2.2 傾斜度計算

查文獻［2］得知：桿塔傾斜度計算公式為：

式中：G為傾斜度（%）；E為傾斜后偏移距離（mm）；H為對應的高度（mm）。

通過經(jīng)緯儀測量得出鐵塔向大號測偏移距離為180 mm，向右側傾斜185 mm。

塔高30.0 m，計算出本桿塔傾斜率為0.62%，已經(jīng)超過運行規(guī)程0.5%要求，對線路運行構成一定的威脅。

3 桿塔傾斜原因分析

3.1 水文環(huán)境分析

針對桿塔傾斜進行分析，得出造成本塔傾斜的主要原因有以下幾點：

⑴本塔地處河涌及人工湖之間，由于桿塔旁邊的河堤出現(xiàn)長約15.0 m，寬約2.0 m 塌方，桿塔周邊土方坍塌，土側壓力過大導致桿塔往土方坍塌方向傾斜；

⑵由于本桿塔為單柱單樁，樁長約9 m，樁端未到達巖層，此樁為摩擦型樁，塌方導致樁側摩阻力減少，基礎承載力下降，導致增加桿塔傾斜幅度。

3.2 地質(zhì)分析

當桿塔出現(xiàn)傾斜后，隨即對桿塔周邊進行地質(zhì)勘察，根據(jù)《桿塔改造工程地質(zhì)勘察報告》所得，桿塔所處位置的地質(zhì)情況如下：

〈1〉素填土（0.0～2.5 m）：灰、灰黃色，稍密，上部由碎石、磚塊、粉質(zhì)粘土組成；下部主要為粉質(zhì)粘土。壓實性一般。

〈2〉淤泥（2.5～10.9 m）：灰、灰黑色，飽和，流塑，富含粉砂，具腐臭味。

〈3〉強風化花崗片麻巖（10.9～31.0 m）：褐黃、褐紅色，巖石風化強烈，軟硬相間，呈半巖半土狀與巖塊狀互層，巖芯呈土柱狀，碎塊。塊狀，手可掰斷。

由此以上地質(zhì)分析數(shù)據(jù)，說明本桿塔原樁基礎未至巖層，大部分樁處于淤泥層，承載力低，穩(wěn)定性差，特別容易受外力破壞影響而下沉。

由于導致建筑物傾斜的原因十分復雜，客觀地講，不能完全消除它，但經(jīng)過不斷的總結、科學的設計和嚴格的施工，可以將傾斜控制在允許的范圍內(nèi)［4］。

4 基礎加固設計

通過檢查分析，桿塔傾斜由于土方坍塌導致原基礎承載力不滿足要求，通過增加微型鋼管灌注樁，提高桿塔基礎承載力；完成基礎加固施工后，對桿塔進行糾偏施工，使桿塔恢復原位。

4.1 微型鋼管灌注樁承載力計算

桿塔原基礎為摩擦型樁，由于已經(jīng)出現(xiàn)下沉傾斜現(xiàn)象，考慮最不利因素，基礎加固設計過程中，對微型鋼管灌注樁承載力計算不考慮原基礎的作用，按單樁計算微型鋼管灌注樁的垂直承載力。根據(jù)《既有建筑地基基礎加固技術規(guī)范：JGJ 123—2012》［5］。

本工程采用圓形8樁承臺，如圖2所示，承臺混凝土強度為C30，承臺直徑為3.2 m，高1 m，基礎埋深1 m，承臺以上覆土平均重度G=27 kN/m3。

圖2 承臺平面Fig.2 Plan of Platform

作用于承臺底部樁群形心處的荷載：Fk=300 kN，Gk=9 kN，Mx=340.00 kN·m，My=290.00 kN·m。

各樁凈反力計算：

式中：Qik為相應于作用的標準組合時，偏心豎向力作用下第i根樁的豎向力（kN）；Mxk、Myk分別為相應于作用的標準組合時，作用于承臺底面通過樁群形心的x、y軸的力矩（kN·m）；xi、yi分別為第i根樁至樁群形心的y、x軸線的距離（m）。

本工程采用微型鋼管灌注樁直徑為300 mm，鋼管采用Q355B的無縫管，鋼管尺寸為219×7，單樁長度為34 m，依照《桿塔改造工程地質(zhì)勘察報告》中巖土物理參數(shù)計算。

單樁極限承載力標準值計算：

可得Quk=695 kN。

單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/2=348 kN

取Ra=350 kN。

補強微型鋼管灌注樁滿足基礎承載力要求。

5 加固及糾偏施工

5.1 基礎加固施工

5.1.1 土方回填

清除電塔周邊雜草以及傾倒樹木，對已經(jīng)坍塌的河堤進行土方回填，預防施工期間因雨水以及河流沖刷等因素導致二次坍塌。

5.1.2 成孔

鋼管樁位采用樁機鉆孔，孔徑φ300 mm，由于孔徑較小，且?guī)r層為強風化花崗片麻巖，軟硬相間，呈半巖半土狀與巖塊狀互層。成孔過程容易導致鉆頭偏移，樁孔不垂直，導致鋼管難以放置。為此對鉆頭進行改良，使得在成孔過程中，鉆頭不會由于軟硬相間的巖層導致偏孔。

5.1.3 鋼管樁制安以及放置

φ219×7鋼管的制作如圖3所示，利用成孔的樁機吊裝鋼管至樁孔內(nèi)，樁段之間采用φ245×7 外套管連接，套管與鋼管壁之間滿焊連接。

5.1.4 樁身灌注水泥漿

采用φ50 mm 鋼管作為水泥漿灌注管，灌注管伸入至樁底，從樁底開始進行灌注，直至孔中泥漿完全排除。灌注用水泥漿強度為M30。

5.1.5 土方開挖及樁頭切除

人工開挖土方至基礎底標高，基礎坑底土方壓實。保留其中4 條鋼管樁作為頂升支頂，其余4 條鋼管樁頭保留伸入承臺100 mm，樁基如圖4所示。

5.1.6 承臺鋼筋綁扎及澆筑混凝土

圖3 鋼管樁大樣Fig.3 Detail Plans of the Pipe Pile

圖4 承臺大樣Fig.4 Detail Plans of the Platform

按照施工圖以及《混凝土結構加固設計規(guī)范：GB 50367—2013》［6］，對承臺進行植筋，綁扎鋼筋以及澆筑混凝土，混凝土強度為C35。

5.2 糾偏施工

在建筑物基礎沉降大的部位，采用千斤頂頂升的辦法，通過調(diào)整建筑物各部位的沉降量達到糾偏的目的。由原地基提供反力，通過千斤頂?shù)捻斏齺碚{(diào)整水平位置，頂升后的空隙用磚砌體或楔形鐵塊妥善連接，達到糾偏的目的［7］。

5.2.1 桿塔內(nèi)部灌注水泥漿

桿塔底部1.8 m灌注M35水泥漿，確保在焊接頂升構件時，桿塔鋼板不會由于高溫變形導致二次損害；同時確保頂升過程中，桿塔壁板不會由于集中受壓變形。

5.2.2 限位系統(tǒng)安裝

限位型鋼與承臺以及原樁基礎連接，通過限位撐桿對桿塔起支撐作用，確保頂升過程桿塔不會因偏移過大而導致過糾或傾倒，限位系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 限位系統(tǒng)示意圖Fig.5 Sketch Map of the Slide-limited

5.2.3 頂升系統(tǒng)安裝

焊接頂升牛腿，安裝鋼管墩支撐頂升牛腿，作為頂升托換過程的豎向支撐支點，頂升牛腿下方放置4 個100 t千斤頂，頂升系統(tǒng)如圖6所示。

5.2.4 測量系統(tǒng)安裝

圖6 頂升系統(tǒng)示意圖Fig.6 Sketch Map of the Jack-up System

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范：JGJ 8—2016》［8］，此項目為保證最大可能糾正桿塔的傾斜，共采用4 種測量方法對桿塔頂升過程進行實時監(jiān)測，確保頂升不會出現(xiàn)過糾，以及向指揮人員提供測量數(shù)據(jù)，以確定如何調(diào)整頂升量。測量方法為經(jīng)緯儀測量垂直度、電子測角儀傾斜角、吊錘測量垂直度和百分表測量頂升量。

5.2.5 頂升糾偏

⑴于桿塔頂端以及底端的側面標記中心點，并于底端中點位置處橫向固定一尺子，2 臺經(jīng)緯儀以桿塔為中心，視線夾角約為90°，通過2 個方向?qū)U塔進行測量，讀取偏差數(shù)值。

⑵采用4 臺電子測角儀，固定于塔身的4 個面上，頂升過程根據(jù)對立面2個測角儀數(shù)值的偏差，可確定桿塔傾斜角度。

⑶于桿塔的2/3 高處吊4 個吊錘至桿塔底部，通過讀取吊錘與桿塔之間的距離，扣減吊錘頂端與桿塔之間的距離，對比對立面2個吊錘測量的數(shù)值，可確定桿塔傾斜量。

⑷以上⑴～⑶點方法測出傾斜量后，技術人員進行計算確定預計頂升量，通過固定于千斤頂處的百分表，頂升過程讀取千斤頂?shù)捻斏龜?shù)值，反饋至指揮人，進而停止頂升以及重復⑴～⑶方法進行復核桿塔傾斜量。

桿塔出現(xiàn)2 個方向傾斜，傾斜量分別為185 mm、180 mm，塔高30 m，千斤頂中心至桿塔中心距離為1.3 m。

頂升量計算如圖7所示。

圖7 頂升量計算示意圖Fig.7 Sketch Map of the Calculation to Jacking Distance

通過式⑴計算：大號方向傾斜量=180 mm，可得大號方向頂升量為7.8 mm；右側方向傾斜量=185 mm，可得右側方向頂升量為8 mm。

頂升前完成測量儀器布置以及調(diào)整好，進行分級頂升，每一級設定預計頂升量X，對桿塔頂升一側的螺母松起X，轉(zhuǎn)動軸方向螺母擰松即可，其余螺母按照一元一次方程求解可得頂升量，使用游標卡尺測量進而調(diào)整螺母松起量。頂升過程通過測量員觀測百分表讀數(shù)，百分表讀數(shù)表示完成每級預定頂升量X時即暫停頂升，工人采用鍥型尖板頂緊鋼管墩與頂升牛腿之間的空隙，桿塔法蘭盤與底座之間的縫隙采用鍥型尖板塞填并敲緊，避免千斤頂失效導致桿塔重新回落。

每完成一級頂升，經(jīng)緯儀、測角儀、吊錘重新測量數(shù)據(jù)，為下一級頂升收集數(shù)據(jù)，技術人員通過測量所得數(shù)據(jù)進行復核以及計算剩余頂升量。

最終完成頂升，通過各測量儀器測量所得數(shù)據(jù)，桿塔傾斜率接近0%后，擰緊桿塔底部螺母，法蘭盤與底座之間的空隙采用灌注M40高強灌漿料填充。

待高強灌漿料強度達到設計要求后，拆除限位系統(tǒng)以及頂升系統(tǒng)，依據(jù)鋼結構防腐設計要求，對桿塔涂刷防銹防腐保護層，桿塔底部螺母采用砂漿保護。

6 施工優(yōu)勢

采用基礎加固及糾偏方法，相對于在原桿塔周邊易地重建輸電塔有以下優(yōu)勢：

⑴工程造價低，可節(jié)約40%的直接費用。

⑵施工周期短，相對于新建桿塔，基礎加固以及新建基礎工程接近，優(yōu)勢在于糾偏時間短，重新吊裝桿塔以及遷移高壓線時間長。

⑶工程影響小，基礎加固及糾偏方法，全過程無需停電施工，整個施工過程電塔正常輸電，若采用易地重建輸電塔，將會影響整個長洲島的用戶，其中包括島上的醫(yī)院、工廠等重要用戶。

⑷無需重新征地，在原有桿塔施工，無需向當?shù)卮迕裾魇胀恋兀苊庹鞯氐姆爆嵙鞒?，為搶救排險爭取黃金時間，大大降低傾斜倒塌風險。