鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)在輸電線路上的應(yīng)用

王高益

(海南電力設(shè)計研究院，?？?570203)

長流—?？跔恳?20 kV線路新建工程是海南省2010年的重點建設(shè)項目，是海南東環(huán)高鐵海口牽引站的唯一供電線路，線路全長8.5 km。按照規(guī)劃要求，工程全線沿著新建的南海大道和粵海大道規(guī)劃綠化帶架設(shè)，離道路中心距離為25 m。由于建立塔基時綠化帶還未建成，仍是成片的水田和魚塘，相互間僅有0.6 m寬的魚塘埂隔開，塔位就分布在水田和魚塘中。另外，根據(jù)地質(zhì)勘察報告描述，水田和魚塘中的塔位地質(zhì)上層是約3.0 m厚或者更厚的淤泥質(zhì)粘土、下層為較厚的中砂和細(xì)砂。在這種軟弱地基施工會產(chǎn)生流砂情況，究竟選用何種基礎(chǔ)型式對整個輸電線路工程非常重要。對此，本文結(jié)合以往施工經(jīng)驗提出采用一種改進(jìn)型的復(fù)合沉井基礎(chǔ)——鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)型式，分析了其在輸電線路上的應(yīng)用效果。

1 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的構(gòu)成和作用原理

1.1 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的定義和構(gòu)成

沉井是一種井筒狀構(gòu)造物，是利用人工或機(jī)械方法清除井內(nèi)土石，借助井體自重及其它輔助措施而逐步下沉至設(shè)計標(biāo)高，再澆筑混凝土封底并填塞井孔形成的構(gòu)筑物基礎(chǔ)。復(fù)合沉井基礎(chǔ)屬于剛性基礎(chǔ)，由上、下兩部分組成，上部分為方形二臺階，下部是薄壁鋼筋混凝土圓形沉井，沉井頂端露出的鋼筋伸入上部臺階底板與之相連，構(gòu)成一個不同于樁基又不同于階梯式基礎(chǔ)的復(fù)合式基礎(chǔ)［1－3］。

1.2 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的作用原理

復(fù)合沉井基礎(chǔ)的工作機(jī)理介于樁基與階梯式基礎(chǔ)之間，其上拔穩(wěn)定由基礎(chǔ)自重、臺階上的土重、井內(nèi)填土重和沉井外壁與土壤間的摩阻力來平衡;下壓穩(wěn)定由沉井底面和上部臺階底板(沉井面積除外)的反力以及沉井外壁與土壤間的摩阻力來平衡;傾覆力矩由基礎(chǔ)自重產(chǎn)生的抗傾覆力矩來達(dá)到規(guī)定的穩(wěn)定安全要求［4］。

2 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的特點及適用條件

2.1 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的特點

1)整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有較大的承載面積，能承受較大的垂直和水平荷載。

2)施工工藝簡便，技術(shù)穩(wěn)妥可靠，并可做成補(bǔ)償性基礎(chǔ)，避免過大沉降，保證基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

3)與大開挖基礎(chǔ)相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，操作簡便，無需特殊的專業(yè)設(shè)備。

4)沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物，能防止地下水和地表水浸入基坑，特別是能阻擋流沙的流動，保證基坑成型，減少對軟土地基的擾動。

2.2 復(fù)合沉井基礎(chǔ)的適用條件

沉井基礎(chǔ)最適合在不太透水的土層中下沉，其易于控制沉井下沉方向，避免傾斜，主要運用在輸電線路工程中的下列情況［5］:

1)施工難度大的流砂和軟弱地層中。

2)在山區(qū)河流中，雖土質(zhì)較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工。

3)巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難。

4)上部荷載較大，表層地基土承載力不足，而在一定深度下有較好的持力層。

3 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)的改進(jìn)點和實施方法

3.1 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)的改進(jìn)點

在輸電線路工程中地質(zhì)條件較差的地段，若采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土制復(fù)合沉井基礎(chǔ)，將重達(dá)10 t左右的預(yù)制構(gòu)件運送到施工塔位，需要考慮現(xiàn)場交通運輸條件，以及施工機(jī)器具的進(jìn)出場和作業(yè)條件;需要專門修筑運送沉井和吊車進(jìn)場道路，另外，還要修筑一個吊車起吊沉井的作業(yè)平臺，勢必大大增加工程造價;若采用灌注樁基礎(chǔ)，同樣需要修筑樁基設(shè)備進(jìn)場道路和樁基作業(yè)平臺，也會大大增加工程造價［6－8］。為了解決輸電線路中的這些問題和困難，鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)運而生，它將沉井由傳統(tǒng)的薄壁鋼筋混凝土構(gòu)造改為采用拼裝焊接式鋼模構(gòu)造，將鋼模切割成許多小的構(gòu)件，以利于人工搬運，不再需要修筑沉井和吊車進(jìn)場道路以及吊裝沉井的作業(yè)平臺，不僅可大大節(jié)省施工便道費和措施費，而且還可避免因修路破壞青苗等帶來的一系列施工受阻問題。兩種構(gòu)造的復(fù)合沉井基礎(chǔ)如圖1、圖2所示。

圖1 薄壁鋼筋混凝土復(fù)合沉井基礎(chǔ)Fig.1 Composite caisson foundation of thin wall reinforced concrete

圖2 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)Fig.2 Steel molded composite caisson foundation

3.2 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)實施方法

鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)整個施工過程按下述技術(shù)步驟實施。

1)根據(jù)計算原理確定鋼模式沉井基礎(chǔ)的設(shè)計周長和長度。

2)按照每層高度1 m自下而上將沉井分為n層(依次為M1、M2…、Mn)，最后兩層取剩余高度的平均值，并做好標(biāo)記。

3)根據(jù)每一層的沉井周長，按照每節(jié)重量不大于200 kg的原則將每層沉井平均分割成n節(jié)(依次為 N1、N2…、Nn)，并做好標(biāo)記。

表1 各基礎(chǔ)方案主要耗材對比Tab.1 Comparison of main materials for the basic scheme

4)采用人工搬運的方式，將鋼模各構(gòu)件運抵塔位，然后按順序編號將各構(gòu)件逐節(jié)、逐層拼裝焊接。

5)按照一層一層下沉的方式開始施工，直至沉井下沉到設(shè)計深度。

4 鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)在輸電線路上的應(yīng)用

長流—海口牽引站220 kV線路新建工程由于在初步設(shè)計階段未對線路每基塔做具體定位和詳細(xì)的地質(zhì)勘探，基礎(chǔ)設(shè)計方案全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并統(tǒng)一計列了一筆樁機(jī)進(jìn)場修路費和樁機(jī)施工作業(yè)平臺措施費;待到具體施工圖設(shè)計階段，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)型式采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)根本無法實施，原因之一就是規(guī)劃區(qū)沿線的村民以破壞魚塘養(yǎng)魚、養(yǎng)蝦和水田種經(jīng)濟(jì)作物為由，不允許修筑施工便道和施工作業(yè)平臺，尤其是本工程P38、P39、P40、P50和P51這五基塔需要修施工便道長約200～300 m，另外一個原因就是采用灌注樁基礎(chǔ)及配套的措施費用太高，不是最優(yōu)的設(shè)計方案。鑒于既定的地質(zhì)條件和線路周邊的施工環(huán)境，打算使用目前在輸電線路上少用的復(fù)合沉井基礎(chǔ)，但因其個體龐大、單體較重，同樣存在需要修筑施工便道及作業(yè)平臺的問題，為此，通過大量的計算分析決定采用鋼模構(gòu)造替代傳統(tǒng)的薄壁鋼筋混凝土構(gòu)造來解決上述問題。現(xiàn)對本工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、薄壁鋼筋混凝土構(gòu)造復(fù)合沉井基礎(chǔ)和鋼模構(gòu)造復(fù)合沉井基礎(chǔ)這三種基礎(chǔ)方案做經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，各基礎(chǔ)方案主要耗材對比如表1所示(單基鐵塔、以SZ402塔為例)。

從表1可知，依據(jù)本工程的軟弱地層和流砂等不良地質(zhì)條件和塔位分布，采用復(fù)合沉井基礎(chǔ)較為適宜，與采用灌注樁基礎(chǔ)相比，節(jié)省費用約48.8%;采用改進(jìn)型的鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)則更加經(jīng)濟(jì)實惠，可節(jié)省費用約217.8%，這還是本體費用的差別，加上青苗賠償?shù)脑?，本工程采用鋼模制?fù)合沉井基礎(chǔ)的優(yōu)越性就更加突出。本工程鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)施工的現(xiàn)場照片如圖3、圖4所示。

圖3 沉井各切塊構(gòu)件圖Fig.3 Cutting member diagram of open caisson

圖4 沉井下沉示意圖Fig.4 Open caisson sinking diagram

5 結(jié)語

通過本文分析得知，輸電線路經(jīng)過施工難度大的流砂和軟弱地層等不良地質(zhì)區(qū)域時，采用復(fù)合沉井基礎(chǔ)較為經(jīng)濟(jì)合理，尤其是采用本工程首創(chuàng)的鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)，則更加經(jīng)濟(jì)合理。不僅可大大節(jié)省工程本體造價，而且還可減少因青苗補(bǔ)償?shù)葞淼囊幌盗惺┕な茏鑶栴}，充分顯現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益。另外，長流——?？跔恳?20 kV線路新建工程，自2010年投產(chǎn)運行以來，在海南島上先后經(jīng)歷了諸如“海燕”、“威馬遜”等多個超強(qiáng)臺風(fēng)的檢驗，由此證明了本文提出的改進(jìn)型鋼模制復(fù)合沉井基礎(chǔ)安全可行，可在全國的輸電線路工程中推廣應(yīng)用。

［1］ 張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2003.ZHANG Diansheng.Design manual for electric power project high voltage transmission lines［M］.Beijing:China Electric Power Press，2003.

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