软土地区输电线路桩基优化设计研究

冯跃午

摘要：水平位移与水平承载力是控制桩基础质量的重点，中心基桩和桩周浅层地基加固共同运用是一种新方法，现已被大量应用。本文主要论述了软土地区输电线路桩基优化设计。通过三维有限元数值计算，要深入研究破坏模式、关键控制参数、水平承载机理等内容，保证施工的正常推进。

关键词：软土地区;输电线路;桩基

引言：

目前，常用的杆塔基础型式是灌注桩，借助合适的持力层控制桩基础的竖向承载力与沉降，当对竖向承载有特殊要求时，则需要应用新型桩基础，很多因素会干扰到水平承载能力，一般情况下，选择大面积地基处理与复合地基模式，工程成本偏高。因此，要改善土体的性质，与中心桩共同作用，以提高桩基整体的水平承载力。

一、软土地基基础选型

板式基础是输电线路中常用的基础模型，上部土体和自垂重力作用可与基础上拔相抵消，综合考虑软土的特点，板式基础在实际应用中存在较多的缺点。软土可用于抵抗上拔作用的土体量较少，在设计过程中要适当延长底板长度。因为软土所构成边坡容易坍塌，基坑边缘边坡需要较为平缓，另外，要确保基坑边坡具有较好的平衡性，可避免失去重心掉入基坑，否则会导致大型机械难以进行施工，提高了施工成本，拖延了施工进度[1]。

软土地基桩的承载能力差，需要借助土体与桩侧壁的摩擦力抵抗铁塔的下压力，桩基础非常适用于软土地基，具有结构简单，操作流程不复杂的优势。但混凝土造价高，会导致工程成本上升。由于人工挖掘的基坑容易发生坍塌，威胁施工人员的人身安全，所以，严禁人工挖掘。钻孔灌注桩基础是要通过钻孔设备在指定位置打孔，再放入钢筋笼，同时浇筑混凝土，定型后做好养护，检测合格够可投入使用。这种方法一般使用小型机械即可，便于设备与材料的运输，实际使用率最高。预制桩基础应事先准备好桩体，送至施工现场后，使用打桩机打入指定位置，预制桩有利于规模化运营，但因为材料和设备的运输限制，目前并未大量使用。

二、桩周浅层地基加固措施

（一）计算模型条件

例如，在某软土地区的输电线路中，软土层厚度大概为26m，具有可塑性，承载力特征值为50千帕，土质疏松，强度低，下方由粗砂和风化凝灰岩所构成。

在计算过程中，中心灌注桩的长度为30m，直径0.8m，混凝土强度级别是C30，按照有关规定，能够测算出桩顶在平移10mm后，水平的承載力是132.2kN。

借助三维有限元软件能够了解地基加固后的水平承载力有所区别，地基土运用摩尔-库伦模型，模拟出非线性和损伤开裂行为，土体与桩基的界面采用绑定约束的方法，保证桩与土变形协调。

有限元计算后的结果和规范理论计算结果相一致，意味着计算取值是科学的，水平变形影响范围不超过10m。

（二）地基加固措施对比

在对加固区水泥土进行计算过程中，要选择塑性-损伤模型，根据复合地基原理，浅层加固区水泥参量达到15%，弹性模量会大幅增加20倍，可取值80MPa。加固方法与深度存在差异时，水平承载力也随之变化。

旋喷加固和钢套筒注浆两种方法都可以提升水平承载力，两者相比较来说，旋喷加固的方法更有效，在土体加固程度等同情况下，旋喷加固的水平承载力更高，实践表明，水泥掺量决定了水平承载力的提升效果，泥土强度与掺量呈正比，还能够加强对中心灌注桩的约束，但在实际应用过程中，要根据实际情况进行适当调整[2]。

（三）地基加固关键控制参数

旋喷桩数量与尺寸和水平承载力的提升息息相关，旋喷桩数量增加，中心灌注桩和加固体会更加吻合，直径越长、加固区越宽，水平承载力提升更加明显，在选择旋喷桩直径过程中，要充分考虑施工可行性和成本，若直径较小，可提升数量加以弥补。

桩基在使用阶段，其应力和变形的程度会随地基沉降大小与反力分布而改变。另外，上部结构和地基基础也有着较大的关联。结构力学的方法即把平衡结构划分成地基、基础与上部结构，进行独立运算，这会导致计算结构和实际情况存在误差，没有考虑到互相之间的相互作用，为避免结被破坏，采用保守的设计方法，出现浪费的情况。若将基础与地基看成一个整理来分析，会面临着一定的困难，同时有着一定的缺点，在弹性地基中，各点之间会互相影响，计算获得的基础承台土反力会呈现正弦减型排列，形成负土反力，脱离了实际。最佳方法是将地基、桩、上部结构三者融为一体进行分析，可以很好的反映出桩基和建筑物的实际受力情况，通过子结构法展开分析。

三、桩周浅层地基加固与基桩共同承载机理

高压旋喷水泥土可以大幅提高桩头整体刚度，水平承载能力得到明显提升。由于水平荷载的增加，桩顶水泥土会发生塑性受拉损坏，即便荷载达到了极限承载力的4/5后，水泥土还可以对中心桩起到约束作用，桩头刚度没有大幅下降。经过一段时间后，桩周水泥土会逐渐出现开裂情况，束缚力减弱。竖向拉应力与环向拉应力共同导致受拉损伤。

四、浅层地基加固与基桩联合应用施工控制

水平承载提升效果与加固体和灌注桩的咬合程度相关，不可因为不同的施工技术而降低了自身刚度。要在中心灌注桩结束后，再进行桩周浅层旋喷加固，同时要保证混凝土达到设计强度的70%。旋喷加固一般用于常规灌注桩。

根据高压旋喷柱的有关规定，与实际应用经验，可使用双管法能够提高淤泥质黏土的施工质量。在施工过程中钻杆要尽可能保持匀速，缓慢提高，当施工完毕或，要尽可能防止对桩周浅层加固体的干扰，可通过单轴抗压实验检查施工质量。这种方法能够降低中心灌注桩与基础承台的尺寸，为达到对竖向承载力的要求，要适当提高中心桩桩长，减少基础混凝土用量，工程成本降低了约16%，因为桩经与承台尺寸的下降，还可实现节能环保的效果。

桩基设计参数包括强度、变形与荷载，通常情况下，要对变形和强度进行分别测算，利用限制应力掌握地基沉陷量，人们习惯将沉降量、承载力当做独立控制要素，在使用极限状态设计法过程中，要结合实验成果与工程经验。从理论层面上看，无法准确对变形和强度进行处理，但无论选用什么方法，都在根本上规避了本构关系问题。

在选择桩型极端，地质条件是不容忽视的要素，应保证桩型可以满足对承载力和沉降方面的需要，要尽可能的发挥出桩身与地基的潜在能力，桩的破坏模式会左右桩型的选择，地质问题非常复杂，若基岩埋藏不深，可选择端乘桩，同时搭配高强度的嵌岩桩，若基岩埋藏较深，摩擦桩是唯一选择，为防止上部出现较大的沉降，要让桩端支撑在性能良好的持力层上。

桩型要与现场环境相符，桩基施工会对周围建筑物起到不良的环境效应，并考虑是否违反相关的法规。比如，常见问题有噪音污染、挤土影响等。部分桩型可能会破坏周围建筑物，在进行基础加固过程中，通常要在地下室施工，施工空间同样需要重点考虑。

结论：

在基础选型设计阶段，要充分结合塔位地点的地质情况，挑选合适的基础模式，可大幅度降低施工难度，减少基础工程量，通过使用高压旋喷的方法可以有效提高承载力，桩周浅层地基加固和基桩联合应用可加强水平承载力，保证施工质量。

参考文献：

[1]刘佳龙，刘华清，王宝齐，等.特高压输电线路桩基础低应变法检测适用性探讨[J].建筑结构，2020，50（S2）：701-705.

[2]吕明，王永刚，杨明瑞.综合物探方法在输电线路桩基岩溶探测中的应用[J].工程地球物理学报，2020，17（03）：386-392.