简述预应力混凝土管桩在输电线路工程中的应用

杨安康

摘要：本文介绍了混凝土管桩基础适用的地质条件和在输电线路工程中使用时的构造要求，阐述了该基础形式的工程特性以及设计、施工过程中应注意的相关事项。根据该基础形式的经济性特征，在满足设置承台的基础荷载作用、具备较好沉桩和进场的情况下，建议采用混凝土管桩基础。

关键词：预应力混凝土管桩;输电线路;基础施工;经济性。

0 引言

预应力高强混凝土管桩（简称PHC管桩）基础是采用先张法预应力工艺与离心成型方法制成的一种圆管形钢筋混凝土预制桩，通过高温蒸汽养护而成，具有桩身强度高、生产速度快、应用范围广、施工快捷、易保证成桩质量等优点，在国内外工程中得到了广泛的应用。目前，预制混凝土管桩主要应用于桥梁、港口码头、水利工程等，近年来逐步在输电线路工程中得到推广使用，如江阴500kV高压输电线路长江大跨越[1]和淮南-南京-上海1000千伏交流特高压线路工程淮河河漫滩地区。

1 PHC桩适用性

1.1  地质条件

PHC桩基础适合于基岩埋藏深、软弱土层或强风化岩层、风化残积土层厚的地质条件。因此在成桩深度范围内，土层应以较好沉桩的人工填土、粘性土、粉土、粉砂、细砂等较软弱土层为主。在软弱土层，PHC桩主要作为摩擦桩;在有好的持力层，如强风化及以上岩层，可以作为摩擦端承桩。

但在以下地层条件下，不宜采用PHC桩基础[2]：

①土层中夹难以消除的孤石、障碍物;

②含有不适宜做持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层;

③覆盖层为淤泥等松软土层，其下直接为中风化岩层或微风化岩层;或中风化岩面上只有较薄的强风化岩层;

④对管桩的混凝土、钢筋及钢构件有中、强腐蚀作用的岩土层（含地下水）。

1.2  构造要求

由于PHC管桩单桩直径较小，施工中为避免对桩体的破坏往往限制打桩荷载和基桩贯入深度，采用单根桩体用作铁塔基础时，施工工序较多，打桩机进场周转效率不高，经济性优势不明显。

工程中铁塔和基础主要采用地脚螺栓连接方式，PHC预制桩和铁塔塔腿之间需要设置现浇混凝土承台来设置地脚螺栓。因此一般将PHC管桩做为承台桩基础的基桩使用，即PHC桩使用在荷载较大、地质条件较差的塔位中。在管桩基础设计中，管桩接桩及与承台连接部位为薄弱点，在设计中应予以重视，管桩与承台常用连接做法见下图：

从理论计算及抗拔试验表明，管桩的端板与预应力钢棒连接的强度、桩体之间的接头是PHC管桩作为抗拔桩的薄弱点。因此可根据设计采用加强端板，另设桩端锚固筋等措施以加强薄弱部位;预制桩端头连接需采取如机械齿合连接、机械连接卡等加强措施[3]。同时，在接头位置应注意采取防腐措施，避免长期使用过程中的腐蚀破坏，进而影响PHC桩的承载力。

2 PHC桩的工程特性

根据目前PHC桩基础的使用情况，该桩型具有下列的优缺点：

（1）单桩承载力高。由于PHC 管桩桩身采用高强度混凝土，一般采用C60～C80，可打入密实的砂层和强风化岩层，由于桩与土体的挤压效应，桩端承载力比原状土质提高 70%～80%，桩基侧摩阻力提高 20%～40%。因此，PHC 管桩承载力设计值相比同直径的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔桩有明显提高。

（2）抗弯性能好。PHC 管桩选用高强度、低松驰的螺纹钢筋作为预应力主筋，使桩身具有较高的预压应力，其抗弯、抗裂性能良好。PHC 管桩有较好的贯入性能，能穿透密实的砂层，适应复杂的环境与地理条件。

（3）质量稳定可靠。PHC 管桩是工厂化、专业化、标准化生产，桩身质量可靠。在抗压、抗弯、抗拔性能上均易得到保证。管桩质量监测、运输吊装方便，接桩快捷，机械化施工程度高，操作简单。

（4）施工速度快、工期短。PHC 管桩为工厂预制桩，沉桩流程简单，相比灌注桩基础减少了桩基养护时间，打桩后即可浇注承台。由于该基础施工前期准备时间短，一般预制工厂能及时供桩，基础工程部分能缩短约1个月时间。

（5）施工现场文明。PHC桩的施工机械化程度高，现场堆放整洁，施工现场无砂石、水泥，无泥浆污染。

根据相关工程经验，PHC桩基础在使用中有部分限制因素：由于施工机械较大，施工时对进场道路和场地要求比较高;锤击打桩噪声以及振动较大，不适于建筑密集地区施工;单节桩长受运输条件和施工条件限制，每根桩的接头数量不宜超过 3 个，基桩总长度有限;桩体的挤土效应较大，施工需合理安排打桩顺序，必要时适当加大桩间距。

3 应用中的相关建议

管桩在输电线路中做为抗拔桩使用，抗裂性好，生产效率高，沉桩速度快，桩身质量可靠性高。只要设计合理，施工可靠，管桩作为抗拔桩使用有较大的优势。但在实际工程应用中仍需要注意一下问题：

（1）由于PHC桩截面积较小，为避免其施打过程中桩身混凝土被锤击破坏，往往需要限制其锤击力。

（2）管桩桩身结构强度的确定建议主要由有效预应力控制，构件正截面的受力裂缝控制等级为一级，构件边缘混凝土不产生拉应力。

（3）桩顶与承台的连接处承受的抗拔力最大，应根据计算确定桩顶锚固钢筋、桩芯插筋及混凝土填芯高度。填芯混凝土应选用具有微膨胀性能的混凝土浇筑，外加剂掺量可根据抗拔承载力和施工经验及试验数据进行调整，来达到最佳经济和工期效果。

（4）PHC管桩的施工工艺对地基土性质和桩体受力特性有很大的影响。建议在设计中适当降低桩身整体的抗拔承载力强度，以保证总体安全度[4]。必要时可通过静载荷试验最终确定单桩承载力设计值。

4 经济性

在输电线路工程中使用的PHC桩通常需要设置成群桩基础才能满足荷载要求，这就需要设置承台，桩数较多的情况下，承台混凝土方量较大，占据很大比例的基础混凝土材料用量，因此对于可以设计成单灌注桩基础的塔位，采用PHC桩基础就没有经济优势，通常总体费用反而增加10%～15%。

其次PHC桩的送桩机械无论是体积還是重量都大于灌注桩成桩机械，因此其对于进场道路的要求要大于灌注桩基础，这样对于需要修路进场的塔位，PHC桩就体现不出优势。

因此，只有在满足以下两个条件下的塔位，采用PHC桩才能具有经济性：（1）采用灌注桩基础需设置成群桩基础的塔位;（2）距离交通主路较近，无需太多修路费用的塔位。

5 结论

在适宜的场地条件（具备机械化施工、沉桩条件）情况，较大基础作用力的输电线路铁塔基础采用PHC管桩具有较好的经济和社会效益，相比钻孔灌注桩具有一定的优势。PHC管桩在其他行业已经有了成功使用的经验，在输电线路塔位交通状况较好，软弱土、粉土、粉质粘土等平原地区，根据铁塔基础作用条件可逐步推广使用PHC桩基础。

参考文献

[1]高倚山，张剑锋等. 高强度预应力管桩 （PHC桩）在电力工程中的应用 [J].电力勘测，2001，2（7）：5～10.

[2]邓友生，孙宝俊，邬忠强. 预应力混凝土管桩的应用研究及发展前景[J].建筑技术，2003，34（4），263-366

[3]付建明. PHC 管桩在输电线路应用中的抗拔分析及改进[J].黑龙江电力，2015，37（2）：168～171.

[4] 徐醒华，高强预应力混凝土管桩设计和施工中的若干技术问题[J] 广东土木与建筑，2004，1（1），12～14。

[5] DL/T 5219-2005. 架空送电线路基础设计技术规定[S].