馬葉

【摘要】隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力工業(yè)的進步日新月異。電網(wǎng)建設方面需要更高電壓等級的輸電技術，以便使我國的資源開發(fā)更為合理，所以發(fā)展特高電壓直流輸電是必要的，是符合國家和社會需要的。輸電線路中基礎是鐵塔和地基之間的連接構件，是輸電線路體系重要的組成部分?；A的合理選型直接決定了設計的優(yōu)劣，合理的基礎型式，可以有效的控制工程造價，縮短工程建設周期，延長工程的合理壽命，保證可靠的線路運行安全，降低對自然環(huán)境的破壞，實現(xiàn)資源效益的可持續(xù)發(fā)展。掏挖盤樁基礎作為一種新型基礎在超高壓線路工程中逐漸被廣泛的應用。

【關鍵詞】掏挖盤樁；承載力高；位移??；成本低；利于環(huán)保

1. 前言

（1）輸電線路中基礎是鐵塔和地基之間的連接構件，是輸電線路體系重要的組成部分?；A的合理選型直接決定了設計的優(yōu)劣，合理的基礎型式，可以有效的控制工程造價，縮短工程建設周期，延長工程的合理壽命，保證可靠的線路運行安全，降低對自然環(huán)境的破壞，實現(xiàn)資源效益的可持續(xù)發(fā)展。

（2）送電線路基礎設計的優(yōu)劣關系整條線路的安全運行，一旦某個鐵塔基礎出現(xiàn)塌陷、滑坡和基礎自身破壞等安全事故，整條線路運行將面臨癱瘓。由于高壓（如±800kV輸電線路）輸電線路本身的重要性，其承擔了十分巨大的輸電量，因此針對不同的基礎負荷、地質及地形條件因地制宜選擇基礎型式，不僅降低了工程成本，而且為線路的安全運行提供了必要的保障。

（3）同時，不同的基礎型式具有不同的特點，承載能力、材料耗量、土石方量以及對環(huán)境的影響等各不相同；工程建設會不可避免的將對自然環(huán)境造成破壞，這需要設計根據(jù)塔位不同的地質、地形及周邊環(huán)境因地制宜選擇基礎型式，充分利用每個基礎的優(yōu)點，減少土石方量，并應在施工完成后采取有效措施恢復自然面貌，將工程對環(huán)境的影響減小到最小程度。而掏挖盤樁基礎作為一種新型基礎在特高壓線路工程中逐漸被廣泛的應用。

2. 掏挖盤樁基礎的特點及承載機理

掏挖盤樁基礎由樁身和兩個盤組成，共同承擔桿塔荷載。在掏挖基礎中部增加一個素混凝土盤，成為掏挖盤樁基礎，該基礎型式具有高承載力和低壓縮量的特性，由于樁側摩阻力、盤端阻力和樁端阻力得到了充分發(fā)揮，使得該基礎的上拔和下壓承載力均有大幅度的提高，施工難度相當，開挖量小，對環(huán)境破壞小，適用于基礎作用力較大的鐵塔基礎，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益（掏挖盤樁基礎見圖1）。

2.1掏挖盤樁基礎特點。掏挖盤樁基礎具有良好的工程特點：

（1）承載力高：人工掏挖過程對土體擾動小，清孔干凈，施工質量有保證，能充分發(fā)揮原狀土的承載力，更適用于基礎作用力較大的轉角塔基礎；

（2）承載力有保障：施工過程中，可根據(jù)現(xiàn)場條件避開軟弱土層，使盤盡量位于較堅硬土層，有效保證承載力；

（3）位移?。涸谠瓲钔林?，荷載通過盤傳遞到土層上去即分層承載，不僅減小樁端作用力，而且擴大了承載面積，基礎位移量小于大開挖基礎；

（4）成本低：與斜柱板式基礎和掏挖基礎相比，混凝土耗量少，土方量少，成本低，具有很強的市場競爭力；

（5）施工占地少：采用人工掏挖，施工時不需要大型施工機械，材料占地少，能在狹窄和交通不便地段施工；

（6）施工安全性提高：相同承載力條件下，與掏挖基礎相比，擴底直徑更小，掏盤時工人無需進入盤內(nèi)即可操作，降低了工人工作的危險性；

（7）利于環(huán)保：開挖面積小，與斜柱板式基礎相比，基坑開挖的工作量大大降低，能減少水土流失和護坡難度，減少耕地的占用及青苗的毀壞。

表1基礎經(jīng)濟比較表（不含插入角鋼或地腳螺栓）基礎指標混凝土鋼筋量土方量綜合造價m3相對值Kg相對值m3相對值萬元相對值掏挖盤樁基礎110.22 78.7%883257.9%117.96.3%20.7863.2%掏挖基礎118.64 84.7%10493 68.8%126.96.8%22.769%斜柱板式基礎140.1100%15252100%1864100%32.89100%圖1掏挖盤樁基礎圖2掏挖盤樁破壞形式圖3斜掏挖基礎 圖4直掏挖偏心插入式基礎 2.2掏挖盤樁基礎承載力機理。

（1）掏挖盤樁由于盤的存在，使整個樁體的承載特性發(fā)生了顯著的變化。加載初期盤承擔的荷載較小，隨著荷載的增加，盤承擔的總荷載逐漸增大，且隨著樁頂荷載的增加，盤承擔的荷載增長速率也逐步加快。樁身不同位置的盤表現(xiàn)出了不同的荷載增長規(guī)律：上、下盤承載力的發(fā)揮具有明顯的時間和順序效應，在加載初期，上盤比下盤承擔較多荷載，但下盤分擔荷載增長迅速，在受荷后期反而比上盤分擔更多荷載。樁側摩阻力在加載初期增長較快，隨著樁頂荷載增加，樁側摩阻力增長速率逐步減小，在樁頂荷載接近極限承載力時樁側摩阻力幾乎停止增長，說明盤和樁側摩阻力之間存在互補關系，而且從時間效應上來看，往往是樁側摩阻力達到極限值以后盤才更有效地發(fā)揮端承作用。

（2）在成樁機理上，掏挖盤樁是利用中下部較好的土層，將荷載通過混凝土傳遞到土層上去，即分層承載，不僅減小了樁端作用力，而且還擴大了承載面積，達到了提高承載力的目的；在荷載傳遞上，每個混凝土盤都要受力，但上部混凝土盤首先承擔大部分荷載，隨著樁頂荷載逐漸加大，中下部盤受力也隨之加大，從而使單樁承載力逐步提高，由于分層承載，在工作荷載作用下，樁端作用力所占比重減小，從而保證了樁端土的穩(wěn)定性。因此，掏挖盤樁在受力機制上是非常科學的，并且具有較大的承載潛力。

（3）實際破壞面的描述是建立計算公式的基礎，對于滿足 （ 為盤間距， 為樁直徑）的掏挖盤樁基礎，其破壞面為圖2（a）所示形式；對于 的掏挖盤樁基礎，其破壞面為圖2（b）所示形式。該破壞面為規(guī)則的圓柱體，按灌注樁的模型，綜合考慮樁側土和樁端土的貢獻，可以準確地分析其抗拔承載力和抗壓承載力（掏挖盤樁破壞形式見圖2）。

2.3掏挖盤樁基礎的優(yōu)化。

（1）掏挖盤樁基礎大幅度提高了單樁的上拔和下壓承載力，其設計樁徑明顯減小，卻帶來了水平承載能力不足的問題，常常因為水平位移不滿足規(guī)范要求而被迫加大樁徑，使掏挖盤樁基礎的優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮。

（2）為突破這一瓶頸，就要降低水平力對掏挖盤樁基礎的影響，目前有兩種方案：斜掏挖基礎和直掏挖偏心插入式基礎，如圖3和圖4所示。斜掏挖基礎的樁身坡度與塔腿一致基礎所受的水平力大大減小，基礎基本上處于軸心拉壓受力狀態(tài)，從而大大減小了水平位移。直掏挖偏心插入式基礎通過插入角鋼偏心手段，相當于在樁頂施加了一個反向彎矩，在一定程度上抵消了水平力產(chǎn)生的彎矩，也達到減小水平位移的目的。斜掏挖基礎可比直掏挖斜插入式基礎的偏心值更大，更節(jié)省基礎材料，但開挖方式是斜掏挖，施工難度大，對地質要求高，而直掏挖偏心插入式基礎沒有明顯增加施工難度，更容易實現(xiàn)。因此采用直掏挖偏心插入的方式來減小水平力的影響，以達到進一步優(yōu)化樁徑的目的（斜掏挖基礎見圖3，直掏挖偏心插入式基礎見圖4）。

3. 技術經(jīng)濟比較

（1）由上述分析可知，掏挖盤樁基礎的受力性能好，承載力高，設計理論成熟，施工工藝簡單，對環(huán)境影響小，在±800kV等特高壓直流線路中應用是完全可行的。但在工程中是否能夠大量采用，還需要比較掏挖盤樁基礎與其它基型的經(jīng)濟性。

（2）按照地質條件為：粉質黏土，硬塑，重度γ=16.0KN/m3，黏聚力C=20KPa，內(nèi)摩擦角Φ=12°，承載力特征值fak=130KPa，qsik=63KPa，qpk=1200KPa。

基礎作用力： T=3186KN，HX=384KN，HY=514KN；

N=4269KN，HX=602KN，HY=564KN。

（3）現(xiàn)對掏挖盤樁基礎、掏挖基礎和斜柱板式基礎進行多方案優(yōu)化設計后，將各基型最優(yōu)方案的材料耗量和費用列入表1：

（4）由表1可以看出，掏挖盤樁基礎的混凝土耗量最小，約為掏挖基礎的92.9%，為斜柱板式基礎的78.7%。掏挖盤樁基礎鋼筋量最小，約為掏挖基礎的84.2%，約為斜柱板式基礎的57.9%。掏挖盤樁基礎的土方量最小，約為掏挖基礎的92.9%，為斜柱板式基礎的6.3%，說明掏挖盤樁基礎對生態(tài)環(huán)境破壞小，具有明顯的優(yōu)勢。掏挖盤樁基礎的綜合造價最低，約為掏挖基礎的91.5%，為斜柱板式基礎的63.2%。

（5）綜上所述，采用掏挖盤樁有效降低了整個工程造價且有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4. 結語

通過對特高壓直流輸電線路的桿塔基礎進行詳細研究，確定桿塔基礎型式，對特高壓輸電線路的桿塔基礎設計起到了一定的指導作用，對降低特高壓輸電線路的工程投資，保證特高壓線路的長期安全運行具有重大意義。掏挖盤樁基礎作為一種新型基礎，具有承載力高、位移小、成本低、施工占地少、施工安全性高、利于環(huán)保的等特點，經(jīng)過在特高壓線路工程中試點運用后，逐漸被推廣應用。

參考文獻

[1]建筑樁基技術規(guī)范 JGJ94-2008.

[2]電力工程高壓送電線路設計手冊.