浅谈青藏高原多年冻土地区直锥基础施工控制

周正旗

摘 要：格尔木至拉萨段的±400千伏直流线路工程是首条穿越青藏高原多年冻土的高压输电线路，由于青藏高原属于高海拔冻土，冻土活动层每年冻结、融化循环，对铁塔基础的稳定性造成很大危害，尤其是板式基础中的直锥基础，是为解决高原多年冻土地区铁塔基础的稳定运行而优化设计的，其在非多年冻土地区很少使用，给施工过程控制提出了新的要求。下面就多年冻土地区直锥基础施工影响因素及控制措施进行分析介绍。

关键词：多年冻土;直锥基础;施工工艺;过程控制

1 概况

本输电工程被称为电力天路，在青藏高原腹地通过，具有高海拔、高寒和缺氧的特殊自然环境，在被称为“生命的禁区”的青藏高原施工，具有挑战“两个世界之最”（沿线海拔最高，施工多年冻土最长），攻克“四个工程难题”（高原生理健康保障困难、高原生态环境极其脆弱、高海拔过电压与绝缘配合及多年冻土施工难度极大），其中多年冻土基础施工是最大挑战。

2 多年冻土板式基础选型

1）多年冻土地区基础型式选用。针对多年冻土的特性和存在的危害，在输电线路工程铁塔基础的设计中，主要对浅基础进行了优化设计，采用了直锥基础、装配式基础和掏挖基础三种浅基础型式，用在多年冻土较稳定的地区和具有岩石地质条件的塔位，并通过在基础外层包裹玻璃钢模板、基础周围安装热棒处理等措施，保证浅基础的长期稳定运行。另外，采用了灌注桩、掏挖桩基础这两种深基础型式，用在地质较差的沼泽地、河滩及多年冻土不稳定地区，并在基础立柱顶部包裹玻璃钢模板、基础外侧安装热棒处理等措施，提高基础的稳定性，使基础长期运行。

2）直锥基础结构形式。直锥基础是在常规板式基础型式上优化设计的一种浅基础型式，通过采用正方形锥台底板和圆形锥台立柱形状，使其具有较好的克服基础两侧水平冻胀力不均衡能力和对切向冻胀力具有很好的卸力作用。并且使用玻璃钢模板（永久留置，即不拆模）保护，利用玻璃钢模板和混凝土基础表面间存在分层和较大的摩擦力的特性，克服在冻胀过程中产生上拔造成基础逐年拔高。

这种基础型式主要用于低含冰冻土，在用于富冰冻土地基时，立柱表面采取了玻璃钢模板防冻拔措施、基础底部衬垫0.4m厚的砂砾石粗颗粒垫层防冻胀措施及热棒处理措施等。其结构型式及设计相关参数见图表。

3 多年冻土区直锥基础施工影响因素分析

对直锥基础稳定性的影响。

1）在多年冻土和活动层间存在大量的冻结层上水，基坑开挖需要穿透活动层进入多年冻结层，此时冻结层上水会大量渗出，造成坑壁坍塌、基坑积水，不及时排除会将坑底冻土缓慢融化，使坑底形成薄层淤泥。

2）在基础钢筋绑扎或基础浇筑后，基坑内的出水不及时排除，出现坑底淤泥无法清除或多年冻土层的大量融化，影响基础的稳定性。

3）直锥基础考虑地基的稳定性，在基础底部设计采用了粗颗粒垫层处理措施，但施工中垫层中一旦进入较多的积水，在基础施工完成后多年冻土地基回冻时，由于水结冰后体积膨胀，将会把基础从最底部直接向上顶起变形。

4）土体冻胀主要是所含水分冻结时膨胀引起，因此，基础冻胀危害主要是回填土的含水率决定，含水率较高时，在回冻时由于回填土各部位的密实度不均匀及含水率不均衡等因素，将造成基础两侧的水平冻胀力不平衡形成侧压力，使基础产生位移，同时由于土体膨胀将形成切向冻胀力，将基础向上拔起。基础的水平位移和沉降，将使基础逐渐失去稳定性，同时造成坐落在基础上的铁塔受到严重破坏。

5）基础施工造成的周围环境破坏不能恢复时，在雨水、雪水快速渗入、全球气温变暖、紫外线照射地面直接吸收等热扰动的共同作用下，基础周围逐渐形成热熔滑塌、湖塘等，造成基础及周围的多年冻土层逐年向下融化，基础地基赖以稳定的多年冻土层将因融化而形成活动层，基础失去稳定性。

4 直锥基础施工过程控制

4.1 直锥基础、玻璃钢模板特点

1）多年冻土地区直锥基础均采用10㎜厚的锥台形玻璃钢模板代替工具模板一次性永久埋入地下。

2）玻璃钢模板具有质轻而硬、机械强度高、耐腐蚀、表面光滑的优点，在多年冻土地区的活动层每年的融化→冻结循环过程中，在玻璃钢表面产生的切向冻胀力很小，克服了冬季冻胀过程中将基础拔起的危害。

3）相比工具钢模板，具有加工容易、成本低、重量轻、整体性好、便于运输、模板支护难度小的优点。

4）但相对钢模板也存在因重量轻，振捣过程中混凝土的浮力将把模板向上顶起和因表面光滑、固定难度较大的缺点。

5）为方便模板固定，在模板中下部埋入一道固定用尼龙绳。

6）基坑开挖控制措施。为了减少基坑开挖环节对多年冻土的热扰动，必须快速开挖成型并采取其它措施，才能减少对多年冻土的扰动。（1）直锥基础基坑开挖土方量较大，土体冻结，开挖难度较大，使用人力开挖施工已经不能满足要求，必须使用机械开挖设备作业，实践证明在冬季需要采用400型以上的挖掘机才能较快的进行基坑开挖工作。（2）为了加快基坑开挖及相应的基础施工进度，必须减少一次作业的工作量，因此，施工中采取逐腿开挖，达到加快施工速度、减少基坑暴露时间。（3）为降低基坑开挖的土方对基面的破坏，开挖的土方生熟土分开衬垫堆放，减少施工临时占地。（4）基坑开挖时对基坑坑壁进行放坡处理，坑底每边预留0.4m以上的操作空间。（5）选择在气温很低的凌晨4～5点开始开挖，一般1个基坑需要6～8个小时开挖完成，修坑后立即进行垫层处理和支模、基础浇筑施工，加快施工节奏，减少对多年冻土的热扰动。（6）基坑开挖后立即对太阳照射的坑壁使用遮阳网进行遮阳处理，减少紫外線辐射，降低热扰动。（7）在基坑底部每边挖设排水槽，并在对角方向的坑角上掏挖深400㎜左右、直径不小于Φ400㎜的排水坑（冻结层上水较大的基坑根据需要增设），并将泥浆泵埋入坑内对基坑的冻结层上水出水排除干净，防止坑底积水和垫层内进水。（8）当冻结层上水较多且融化层为砂土层时易出现塌方，需要使用挡土板对融化层进行阻挡，防止塌方。（9）基础底板下部的粗颗粒垫层采用粗砂：碎石=1：3比例混合均匀后铺垫，且用电夯实。

7）模板安装控制措施。（1）直锥基础使用的锥形玻璃钢模板应使用吊车等设备吊装，并采用多点绑扎吊装，使玻璃钢模板平稳吊入基坑内。（2）玻璃钢模板在支模时用Φ9钢丝绳配合紧绳器，通过玻璃钢模板上制作时预埋的控制绳进行提升和调整。（3）在基础底盘模板的角上，使用Φ9钢丝绳连接在模板的固定尼龙绳上，给玻璃钢模板一个向下预拉力（预拉力应较大），控制混凝土浇筑及捣固过程中玻璃钢模板不因混凝土的切向压力向上滑移。（4）玻璃钢模板使用3道以上的钢管架进行支撑和加固，防止在混凝土浇制过程中跑偏。（5）玻璃钢模板在支撑时两边受力均匀，支撑钢管安装在固定架上，防止直接顶撑在玻璃钢模板上在受力过大后造成玻璃钢模板变形。（6）支撑钢管应斜向下（玻璃钢模板侧较低）安装。（7）下料台应与模板支撑架分离搭设，避免浇制过程中造成模板偏移。

4 总结

通过对于多年冻土地区直锥基础的现场施工，应用了此文中制定的相应的控制措施，取得了良好的质量控制效果和可观的经济效益，为本工程质量一次成优打下了坚实基础，避免了，对冻土了解不深入而造成的返工浪费等经济损失;赢得了工程十分宝贵的有效施工期，确保了工程进度，为顺利完成工程奠定了基础，产生了许多不可估量的隐形效益，节约了成本支出。

参考文献

[1]吴紫汪，刘永智.冻土地基与工程建筑[M].海洋出版社，2005年.