杆塔基础工程杂填土地基设计与处理方法

夏亦湘　蒋雨和

摘要：输电线路杆塔基础的质量直接关乎我国输电系统的安全及稳定，杂填土地基输电线路杆塔基础选型设计因杂填土地基的特殊性质具有较强的复杂性，很大程度上受到了自然环境的影响，在施工中容易产生质量问题使得输电线路杆塔基础变形，甚至导致其倒塌。本文就不同杂填土地基输电线路杆塔基础的施工工法进行了分析，以供同行参考。

关键词：线路；杆塔基础；杂填土

中图分类号：TU473.1⁺2

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）09-0104-02

1 引言

输电线路杆塔基础是我国输电系统的重要构成部分，保障其安全稳定是保障我国电网系统稳定运行的基础。然而，当前我国的输电线路杆塔基础依然存在着一些问题，无论是自然因素还是人为因素都有可能使得输电线路杆塔基础在施工时产生一定的误差，并可能在后期引发一系列严重的损失。当前，越来越多的输电线路工程需要在杂填土地基中立塔。杂填土地基输电线路杆塔基础工程建设具有特殊的复杂性。本文结合输电线路杆塔基础行业特征，探讨了杂填土地基输电线路杆塔基础工程技术，可供类似工程设计时参考。

2 桩基础

当填土层及其下软土层深厚，采用地基处理方式仍无法满足承载力要求时，可选择桩基础形式，桩基础形式又分为灌注桩基础和预制桩基础2种。相对而言，预制桩基础本体费用略高于灌注桩基础，但预制桩基础具有施工速度快、桩身无需养护、地层适应性强且无污染的优点。根据工程特点因地制宜地选择灌注桩基础或预制桩基础，单桩基础如图1所示。

采用桩基方案时，工程设计中通常将桩基埋深进入持力层，并将杂填土中的桩身长度作悬臂考虑，且将杂填土与桩身悬臂段之间的摩擦力取为0。架空输电线路杆塔基础具有显著的行业特征。以一般格构式杆塔基础为例，随自然条件的变化，基础承受拉压力交变作用，同时也承受较大的水平荷载，抗拔和抗倾覆稳定通常是设计的控制条件。因此，为满足输电线路杆塔基础承载力和变形要求，上述设计理念和参数取值的结果往往使得桩基直径和埋深都很大。

为提高图1所示单桩基础方案承载和变形能力，工程中可采用连梁结构将4个单桩基础连成一个整体，成为一个框架结构，如图2所示。

3 筏形基础

当填土层及其下软土层厚度适中，直接采用扩展基础可能不满足下压承载力和不均匀沉降要求。此时，可采用筏型基础方案。筏型基础又叫筏板型基础，可分为板式、梁板式2种形式。

板式筏型基础如图3所示，即在杂填土地基上设计混凝土大板结构，在混凝土大板上铺设中粗砂及卵石层垫层，在砂卵石层垫层上设计扩展式独立基础。

采用图3所示的基础方案时，混凝土大板结构提高了基础整体结构的刚度，可有效降低地基附加应力，减小地基沉降。同时，混凝土大板结构上铺设砂卵石层垫层可使得基础在不均匀沉降时，实现基础受力和变形的自适应调整。梁板式筏型基础如图4所示，即把杆塔结构塔腿下的独立基础浇注成整体底板，并全部用联系梁联系起来，形成由底板、圈梁、立柱组成的整体基础结构。

图3和图4所示的筏型基础其整体性好，具有较强的抵抗地基不均匀沉降能力。

4 基于地基处理的杆塔基础方案

为充分利用杂填土地基的承载性能，对深厚回填土地基可将基底原杂填土进行换填或进行原位压实后采用扩展式基础，如图5所示。该方案适用于设计基础底部杂填土层厚度小，且其下具有较好的持力土层。

换填就是不良杂填土开挖至基础设计深度以下，回填抗剪强度大、压缩性小的土，如砾石、石渣、灰土等，分层夯实，形成双层地基，可有效扩散基底压力。而原位压实法就是采用人工或机械夯实、碾压或振动，使土体密实，以提高杂填土承载能力。为提高软弱地基承载性能、减小基础位移及不均匀沉降，换填后地基承载力特征值、压缩变形模量以及天然地基（碎石垫层0m）分别如图6所示。

图6表明，换填法可显著提高地基承载和变形能力，该试验成果虽来源于软弱土地基，但对杂填土地基也有一定的借鉴意义。

此外，对于深厚杂填土地基可预先对回填土进行处理，形成复合地基，然后在复合地基上采用常规杆塔基础形式，如图7所示。地基处理方式可因地制宜采用微型灌注桩、水泥粉煤灰碎石桩、石灰桩、高压喷射注浆等形式。

通过地基处理，原杂填土的部分土体被增强或被置换形成增强体，由增强体和周围杂填土地基共同承担荷载的复合地基，既可充分利用杂填土地基的承载性能，也有效地提高了地基承载和变形的能力，基于复合地基的杆塔基础方案在实际工程中已得到广泛应用。

5 杂填土地基工程性质试验

上述杆塔基础方案设计中都涉及到杂填土地基工程性质及其设计参数的确定问题，但由于杂填土地基回填土成份、回填时间、回填过程等方面均具有不确定性，且离散性较大，使得如何确定杂填土地基工程性质成为杆塔基础工程设计中经常遇到的难题。现场大规模原位静载荷试验是确定杂填土地基工程性质的最直接的方法，但实际工程中往往因试验时间长、费用高而变得难以实施。鉴于回填土的复杂性及现场大规模试验困难性，可采用圆锥动力触探试验或标准贯入试验未确定回填土地基的物理力学性质。

圆锥动力触探试验就是利用一定质量的落锤，以一定高度的自由落距将标准规格的圆锥探头打入土层中，根据探头贯入的难易程度（可用贯入一定距离的锤击数、贯入度或探头单位面积动贯阻力来表示）判定土层性质，可获得地基土的密实度、地基承载力、变形指标以及地基土层的均匀性等指标，具有钻探和测试的双重功能。圆锥动力触探试验可分为轻型、重型和超重型3种类型。

标准贯入试验是利用质量为63.5kg的重锤按照规定的落距（76cm）自由下落，将标准规格的贯入器打入地层，根据贯入一定深度得到的锤击数N判定土层性质。根据标准贯入试验成果，可确定地基土体的密实度、土体的状态和无侧限抗压强度、地基承载力、土体的抗剪强度以及土的变形参数等。如日本规范给出了无黏土N值对应的密实度、土体容重和内摩擦角的关系，如表1所示。

当前，我国架空输电线路杆塔基础工程领域尚未开展根据圆锥动力触探或标准贯入试验未确定地基土体物理力学性质的研究工作，针对杂填土地基更是没有相关研究成果。因此，在今后的回填土地基杆塔基础工程建设中可通过圆锥动力触探或标准贯入试验方法研究杂填土地基物理力学性质，以确定不同回填时间、不同回填条件下杂填土的物理力学性质参数取值，为我国杆塔基础设计提供支持。

6 结语

杂填土地基输电线路杆塔基础选型设计因杂填土地基的特殊性质具有较强的复杂性。本文给出的杂填土地基桩基础、筏型基础以及基于杂填土地基处理的杆塔基础方案及其适用条件，建议的杂填土地基工程性质的试验方法都可为供设计提供参考。同时，也需要进一步加强相关现场试验研究工作。