论文部分内容阅读
[摘 要]随着电力行业的迅速发展，特高压输电线路也在不断地兴起，输电塔基础作为线路工程中的重要组成部分，其设计尺寸是否合理、施工质量的优劣直接影响着整个输电线路的运行与稳定。本文首先分析了挤扩支盘桩的适用性，介绍了支盘桩在特高压线路工程中的应用情况及施工工艺，并对其经济性进行了总结，最后针对挤扩支盘桩在输电线路工程的应用提出了相关的建议。
[关键词]输电线路；挤扩支盘桩；施工工艺；经济性；应用建议
中图分类号：P987 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0159-04
Application of Squeezed branch pile in the UHV Transmission Line
ZHAO Xiaopan
（Shenzhen Power Supply Bureau Limited Company Transmission Management Institute， Guangdong Shenzhen 518000，China）
[Abtract]With the development of electric power industry， the UHV transmission line is also in rise，as an important part of transmission line， whether the design size is reasonable and the construction quality contraol directly affects the stable operation of the transmission line. Firstly， the applicability of squeezed branch pile was analysed， the application and construction technology were introduced， and the economy of branch pile was summarized. Finally， some relevant suggestions were put forward based on the application of squeezed branch pile in the transmission line engineering.
[Key Words]transmission line； squeezed branch pile； construction technology； economy； application suggestion
引言
隨着特高压输电线路的兴起，由于其线路电压等级高，杆塔基础承受的荷载大，采用传统的灌注桩基础，必然需要加大桩身直径、增加桩身长度，这将大大增加土方开挖量，钢筋和混凝土用量，增加工程造价。而挤扩支盘桩基础作为一种新型的灌注桩基础，凭借其自身的特点和应用优势，已经在我国较多行业得到应用[1-4]。因此，为尽可能的降低特高压线路工程造价，有必要开展适用于输电线路大荷载下的新型桩基础的应用研究。
1 挤扩支盘桩的特点及应用现状
挤扩支盘灌注桩是在系统总结了各种常用地基处理的方法和分析研究树根结构特点的基础上，根据仿生原理发明的一种新型桩基。挤扩支盘桩是采用普通钻机成孔，通过专用挤扩装置液压挤密成承力盘，属于部分挤土灌注桩，不仅加大了桩侧、桩端承载面积，同时还对承力盘上下的桩周土进行了挤密加固，减小了土的压缩性，提高了地基土的内摩擦角和压缩模量，其物理力学性质高于原状土。与普通等径灌注桩相比，挤扩支盘桩充分利用了好土层的地基承载力，单桩承载力比普通直孔灌注桩有较大提高，普通直孔灌注桩与挤扩支盘桩的荷载传递示意图如图1所示。
国内挤扩支盘桩最早于1992年在工程中使用，由于其优越的承载性能和经济优势，后迅速发展到不同的工程领域，近年来安徽、河南、山东、江苏、广东、海南、福建等十多个省已经开始采用该新型桩基，应用效果良好[5-9]。2009年宁波绕城高速东段桥梁工程首次采用了新型挤扩支盘桩基础，为其在公路领域的推广应用做了大胆的尝试[10]。此外，支盘桩先后开始普遍应用与火电厂主厂房基础、高层建筑基础、风电项目、港口码头以及碳化塔等工程，据有关资料显示：与传统的等直径灌注桩基础相比，支盘桩基础不仅能满足各工程的承载性能要求，而且缩短了施工工期，取得了良好的经济效益[11-13]。但是挤扩支盘桩基础在输电线路工程中应用经验甚少，目前特高压输电线路工程基础大多仍以采用传统的灌注桩基础为主。
2 挤扩支盘桩基础的适用条件
根据工程应用经验及相关规范总结归纳了挤扩支盘桩的适用范围：
（1）挤扩支盘桩的承力盘应设在土层结构稳定、压缩性较小、承载力较高、层厚较大的土层中。
（2）可设置分支和承力盘的土质：可塑至硬塑的粘性土；中密至密实的粉土、砂土或卵砾石层；全风化岩、强风化软质岩石。
（3）采用干法施工的砂性土中和采用水下施工在粘性土中设置承力盘，应通过实验检查成盘的可行性。
（4）对塑性指数偏高的粘土，应经试验确定成盘的可靠性
（5）不宜设置支盘的土层：可液化土层、流塑状粘性土以及中等风化、微风化和未风化的岩石层；松散的粉土、砂土层；很厚的软土层（含无持力层夹层）、孤石和障碍物多的土层、有坚硬夹层的土层等。
（6）支盘桩的使用，应综合考虑地质条件、上部结构类型、荷载特征、施工技术条件及环境等因素，因地制宜地选择相应的成孔及扩工艺，合理的确定承力盘的位置。 3 挤扩支盘桩在特高压线路中的应用
3.1 工程应用概况
2015年淮南～南京～上海1000kV特高压交流线路新建工程7标段使用了挤扩支盘桩基础，拓宽了挤扩支盘桩的应用范围，也是特高压输电线路新型桩基技术的又一重大突破，为今后在输电线路工程中的应用，尤其是特高压工程的推广使用奠定了技术基础。
淮南～南京～上海特高压交流输变电工程中线路起于安徽省淮南市，终于上海市，全线按同塔双回路架设。施工7标段线路起点为江苏省淮安市与扬州市交界的“淮扬市界”，位于高邮湖北部边缘区域，北临S332省道约190m。线路终点为扬州市与泰州市交界处的杨叉屯。本标段线路全线主要位于扬州市宝应县境内。该对应地震基本烈度为6度，设计地震加速度值为0.05g，本标段线路全线所经地区地形比例为：平地58.6%，河网泥沼41.4%。平地以旱地及水田地为主，河网主要包括高邮湖区及鱼塘。主要设计气象条件为：风速29m/s，覆冰10mm。
根据挤扩支盘桩的适用条件，在施工7标段里使用了6基挤扩支盘桩基础，占7标段总基数13.5%，使用挤扩支盘桩的塔位编号及塔型见表1。
3.2 挤扩支盘桩基础施工方法
由于挤扩支盘桩施工工艺源于普通钻孔灌注桩施工工艺，因此两者在施工工艺上的主要差异在于钻孔阶段：挤扩支盘桩增加了挤扩支盘部分工艺内容。图2为挤扩支盘桩基础在输电线路中应用的施工流程图。
在挤扩支盘桩基础施工过程中，其桩身成盘质量的好坏直接影响着承载力的发挥，因此在施工阶段针对挤扩支盘过程要注意如下要点；
（1）清孔完成后应立即组织挤扩成盘，中间不得间歇超过1小时，以防止出现塌孔、缩孔等现象。
（2）挤扩支盘应根据设计桩径、盘径及盘高选择挤扩支盘机的弓臂规格，挤擴支盘机的弓臂宽度应不小于单支临界宽度。根据孔径和挤扩头尺寸计算挤扩次数，每次挤扩位置应有重叠，然后再进行旋转护臂处理。挤扩完成后进行二次清孔
（3）完成二次清孔后，利用盘径检测仪进行承力盘形状尺寸检测及孔底沉渣检测，检测合格后方可进行下一环节的施工。要求二次清孔后沉渣厚度不大于50mm， 盘径误差≤-0.07D（D为设计盘径）且≤100mm，如检测不合格还应重新进行挤扩成孔、二次清孔，并再次检测，直至盘径检测及沉渣检测合格为止，方可进入下一环节。
（4）支盘桩挤扩成型后应进行盘径检测，盘径检测合格后，应立即组织下钢筋笼及下导管，中间不得间歇超过1小时，以防止盘径、孔径发生变化。
3.3 挤扩支盘桩的经济性分析
基于淮南-南京-上海1000千伏特高压输电线路工程7标段E013、E014、E016、E028、E029、E034等6基塔位基础应用资料，在同等基础作用力等技术条件下，比较分析了挤扩支盘桩基础与普通钻孔灌注桩基础的技术经济性。通过比较分析得到：
（1）挤扩支盘桩相对普通灌注在相同地质、相同基础作用力下，减小了桩径，缩短了桩长；
（2）挤扩支盘桩相对普通灌注在相同地质、相同基础作用力下，基础混凝土量及基础钢材量有较明显的降低；
（3）在同等技术条件下，本工程试点6基挤扩支盘桩单腿本体造价比普通钻孔灌注桩基础单腿本体造价节约20%左右，装置性材料用量减小幅度较大，其中桩混凝土量减少超过42%，装置性材料用量的减少是挤扩支盘桩基础具有较好的经济效益主因之一，体现出挤扩支盘桩比照普通钻孔灌注桩在经济性上的优势；
（4）随着基础作用力的增大、桩径越小，挤扩支盘桩对比普通钻孔灌注桩节约造价的幅度越大，经济性越明显。
3.4 挤扩支盘桩的应用建议
由于挤扩支盘桩基础在输电线路工程的应用实例极少，缺乏一定的工程实践经验，因此针对挤扩支盘桩的适用条件及输电线路的特点，特提出以下建议：
（1）由于输电线路地区跨度大，地质条件复杂多变，在不同地质条件下进行使用时，需要考虑到地质差异综合分析。
（2）输电杆塔基础不同于常规的建筑基础，除承受较大的下压荷载以外，还承受较大的上拔荷载和水平荷载，故在支盘桩设计时宜适当增加支盘数量，且桩径不宜过小，支盘数量宜选择2～3个，桩径宜选择700 mm～ 1200mm。
（3）在挤扩支盘桩的工程应用时，承力盘与桩身的结合处是应力集中部位，容易发生桩身断裂，因此，在挤扩支盘桩施工过程中，应加强挤扩成孔质量的控制和监测，并保证成盘检测合格后的施工连续性。
（4）盘径检测时，如发现塌孔或缩孔现象，应与设计取得联系，确认地质情况，有设计单位决定原位重新挤扩或改变支盘位置再次挤扩。
（5）为在输电线路过程中大范围推广应用挤扩支盘桩基础，一是建议应尽快测算出台相应补充定额，加大该种基础型在统一工程中的使用数量，以降低施工成本。
4 结论
本文对挤扩支盘桩的适用性进行了分析，介绍了在特高压输电工程中的应用情况及施工工艺，并结合工程应用资料对支盘桩的济性进行了简单总结，最后针对挤扩支盘桩在输电线路中的应用提出了相关的建议。主要得出同等条件下，相对于普通灌注桩，挤扩支盘桩具有较大的经济效益和应用优势，该新型基础有望能在未来输电线路工程的发展中得到不断推广和广泛的应用。
参考文献
[1]聂建国.挤扩支盘灌注桩在工程中的应用[J].山西建筑，2004，30（24）：58-59.
[2]钱德玲，唐辉明.挤扩支盘桩的成桩机理及其应用前景[J].地质科技情报，2000，19（4）：89-91.
[3]姚凯骏.挤扩支盘桩在软土地基中的应用[J].工程技术，2009，32（15）：54-56.
[4]徐至钧，张晓玲.挤扩支盘桩的施工与应用[J].建筑技术，2003，2.
[5]刘艳东，宋烨.挤扩支盘桩承载力研究及在工程中的应用[J].岩土工程与基础处理，2010，9（3）：104-105.
[6]彭安玲.挤扩支盘灌注桩技术及其应用研究[J].企业技术开发，2011，30（07）：65-67.
[7]刘纪元，陈梅红.挤扩支盘桩在工程中的应用[J].工程建设与设计，2007，05：88-91.
[8]朱必洲.挤扩支盘桩施工技术在桥梁基础中的应用探讨[J].山西建筑，2013，39（2）：168-170.
[9]段君.挤扩支盘灌注桩在工程中的研究与应用[J].山西建筑，2005，31（11）：52-53.
[10]钱德玲.具有高抗拔性能的支盘桩在工程中的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2003，04（22）：678-682.
[11]欧阳永龙，张有，郑志红.支盘挤扩桩在桩基础中的应用及优势[J].中国煤炭地质，2012，24（12）：37-40.
[12]底尚尚，金涛.挤扩支盘桩在输电线路工程中的应用[J].河北电力技术，2013，32（5）：30-32.
[13]程永锋，邵晓岩，朱全军.我国输电线路基础工程现状及存在的问题[J].电力建设，2002，23（3）：32-34.
[关键词]输电线路；挤扩支盘桩；施工工艺；经济性；应用建议
中图分类号：P987 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0159-04
Application of Squeezed branch pile in the UHV Transmission Line
ZHAO Xiaopan
（Shenzhen Power Supply Bureau Limited Company Transmission Management Institute， Guangdong Shenzhen 518000，China）
[Abtract]With the development of electric power industry， the UHV transmission line is also in rise，as an important part of transmission line， whether the design size is reasonable and the construction quality contraol directly affects the stable operation of the transmission line. Firstly， the applicability of squeezed branch pile was analysed， the application and construction technology were introduced， and the economy of branch pile was summarized. Finally， some relevant suggestions were put forward based on the application of squeezed branch pile in the transmission line engineering.
[Key Words]transmission line； squeezed branch pile； construction technology； economy； application suggestion
引言
隨着特高压输电线路的兴起，由于其线路电压等级高，杆塔基础承受的荷载大，采用传统的灌注桩基础，必然需要加大桩身直径、增加桩身长度，这将大大增加土方开挖量，钢筋和混凝土用量，增加工程造价。而挤扩支盘桩基础作为一种新型的灌注桩基础，凭借其自身的特点和应用优势，已经在我国较多行业得到应用[1-4]。因此，为尽可能的降低特高压线路工程造价，有必要开展适用于输电线路大荷载下的新型桩基础的应用研究。
1 挤扩支盘桩的特点及应用现状
挤扩支盘灌注桩是在系统总结了各种常用地基处理的方法和分析研究树根结构特点的基础上，根据仿生原理发明的一种新型桩基。挤扩支盘桩是采用普通钻机成孔，通过专用挤扩装置液压挤密成承力盘，属于部分挤土灌注桩，不仅加大了桩侧、桩端承载面积，同时还对承力盘上下的桩周土进行了挤密加固，减小了土的压缩性，提高了地基土的内摩擦角和压缩模量，其物理力学性质高于原状土。与普通等径灌注桩相比，挤扩支盘桩充分利用了好土层的地基承载力，单桩承载力比普通直孔灌注桩有较大提高，普通直孔灌注桩与挤扩支盘桩的荷载传递示意图如图1所示。
国内挤扩支盘桩最早于1992年在工程中使用，由于其优越的承载性能和经济优势，后迅速发展到不同的工程领域，近年来安徽、河南、山东、江苏、广东、海南、福建等十多个省已经开始采用该新型桩基，应用效果良好[5-9]。2009年宁波绕城高速东段桥梁工程首次采用了新型挤扩支盘桩基础，为其在公路领域的推广应用做了大胆的尝试[10]。此外，支盘桩先后开始普遍应用与火电厂主厂房基础、高层建筑基础、风电项目、港口码头以及碳化塔等工程，据有关资料显示：与传统的等直径灌注桩基础相比，支盘桩基础不仅能满足各工程的承载性能要求，而且缩短了施工工期，取得了良好的经济效益[11-13]。但是挤扩支盘桩基础在输电线路工程中应用经验甚少，目前特高压输电线路工程基础大多仍以采用传统的灌注桩基础为主。
2 挤扩支盘桩基础的适用条件
根据工程应用经验及相关规范总结归纳了挤扩支盘桩的适用范围：
（1）挤扩支盘桩的承力盘应设在土层结构稳定、压缩性较小、承载力较高、层厚较大的土层中。
（2）可设置分支和承力盘的土质：可塑至硬塑的粘性土；中密至密实的粉土、砂土或卵砾石层；全风化岩、强风化软质岩石。
（3）采用干法施工的砂性土中和采用水下施工在粘性土中设置承力盘，应通过实验检查成盘的可行性。
（4）对塑性指数偏高的粘土，应经试验确定成盘的可靠性
（5）不宜设置支盘的土层：可液化土层、流塑状粘性土以及中等风化、微风化和未风化的岩石层；松散的粉土、砂土层；很厚的软土层（含无持力层夹层）、孤石和障碍物多的土层、有坚硬夹层的土层等。
（6）支盘桩的使用，应综合考虑地质条件、上部结构类型、荷载特征、施工技术条件及环境等因素，因地制宜地选择相应的成孔及扩工艺，合理的确定承力盘的位置。 3 挤扩支盘桩在特高压线路中的应用
3.1 工程应用概况
2015年淮南～南京～上海1000kV特高压交流线路新建工程7标段使用了挤扩支盘桩基础，拓宽了挤扩支盘桩的应用范围，也是特高压输电线路新型桩基技术的又一重大突破，为今后在输电线路工程中的应用，尤其是特高压工程的推广使用奠定了技术基础。
淮南～南京～上海特高压交流输变电工程中线路起于安徽省淮南市，终于上海市，全线按同塔双回路架设。施工7标段线路起点为江苏省淮安市与扬州市交界的“淮扬市界”，位于高邮湖北部边缘区域，北临S332省道约190m。线路终点为扬州市与泰州市交界处的杨叉屯。本标段线路全线主要位于扬州市宝应县境内。该对应地震基本烈度为6度，设计地震加速度值为0.05g，本标段线路全线所经地区地形比例为：平地58.6%，河网泥沼41.4%。平地以旱地及水田地为主，河网主要包括高邮湖区及鱼塘。主要设计气象条件为：风速29m/s，覆冰10mm。
根据挤扩支盘桩的适用条件，在施工7标段里使用了6基挤扩支盘桩基础，占7标段总基数13.5%，使用挤扩支盘桩的塔位编号及塔型见表1。
3.2 挤扩支盘桩基础施工方法
由于挤扩支盘桩施工工艺源于普通钻孔灌注桩施工工艺，因此两者在施工工艺上的主要差异在于钻孔阶段：挤扩支盘桩增加了挤扩支盘部分工艺内容。图2为挤扩支盘桩基础在输电线路中应用的施工流程图。
在挤扩支盘桩基础施工过程中，其桩身成盘质量的好坏直接影响着承载力的发挥，因此在施工阶段针对挤扩支盘过程要注意如下要点；
（1）清孔完成后应立即组织挤扩成盘，中间不得间歇超过1小时，以防止出现塌孔、缩孔等现象。
（2）挤扩支盘应根据设计桩径、盘径及盘高选择挤扩支盘机的弓臂规格，挤擴支盘机的弓臂宽度应不小于单支临界宽度。根据孔径和挤扩头尺寸计算挤扩次数，每次挤扩位置应有重叠，然后再进行旋转护臂处理。挤扩完成后进行二次清孔
（3）完成二次清孔后，利用盘径检测仪进行承力盘形状尺寸检测及孔底沉渣检测，检测合格后方可进行下一环节的施工。要求二次清孔后沉渣厚度不大于50mm， 盘径误差≤-0.07D（D为设计盘径）且≤100mm，如检测不合格还应重新进行挤扩成孔、二次清孔，并再次检测，直至盘径检测及沉渣检测合格为止，方可进入下一环节。
（4）支盘桩挤扩成型后应进行盘径检测，盘径检测合格后，应立即组织下钢筋笼及下导管，中间不得间歇超过1小时，以防止盘径、孔径发生变化。
3.3 挤扩支盘桩的经济性分析
基于淮南-南京-上海1000千伏特高压输电线路工程7标段E013、E014、E016、E028、E029、E034等6基塔位基础应用资料，在同等基础作用力等技术条件下，比较分析了挤扩支盘桩基础与普通钻孔灌注桩基础的技术经济性。通过比较分析得到：
（1）挤扩支盘桩相对普通灌注在相同地质、相同基础作用力下，减小了桩径，缩短了桩长；
（2）挤扩支盘桩相对普通灌注在相同地质、相同基础作用力下，基础混凝土量及基础钢材量有较明显的降低；
（3）在同等技术条件下，本工程试点6基挤扩支盘桩单腿本体造价比普通钻孔灌注桩基础单腿本体造价节约20%左右，装置性材料用量减小幅度较大，其中桩混凝土量减少超过42%，装置性材料用量的减少是挤扩支盘桩基础具有较好的经济效益主因之一，体现出挤扩支盘桩比照普通钻孔灌注桩在经济性上的优势；
（4）随着基础作用力的增大、桩径越小，挤扩支盘桩对比普通钻孔灌注桩节约造价的幅度越大，经济性越明显。
3.4 挤扩支盘桩的应用建议
由于挤扩支盘桩基础在输电线路工程的应用实例极少，缺乏一定的工程实践经验，因此针对挤扩支盘桩的适用条件及输电线路的特点，特提出以下建议：
（1）由于输电线路地区跨度大，地质条件复杂多变，在不同地质条件下进行使用时，需要考虑到地质差异综合分析。
（2）输电杆塔基础不同于常规的建筑基础，除承受较大的下压荷载以外，还承受较大的上拔荷载和水平荷载，故在支盘桩设计时宜适当增加支盘数量，且桩径不宜过小，支盘数量宜选择2～3个，桩径宜选择700 mm～ 1200mm。
（3）在挤扩支盘桩的工程应用时，承力盘与桩身的结合处是应力集中部位，容易发生桩身断裂，因此，在挤扩支盘桩施工过程中，应加强挤扩成孔质量的控制和监测，并保证成盘检测合格后的施工连续性。
（4）盘径检测时，如发现塌孔或缩孔现象，应与设计取得联系，确认地质情况，有设计单位决定原位重新挤扩或改变支盘位置再次挤扩。
（5）为在输电线路过程中大范围推广应用挤扩支盘桩基础，一是建议应尽快测算出台相应补充定额，加大该种基础型在统一工程中的使用数量，以降低施工成本。
4 结论
本文对挤扩支盘桩的适用性进行了分析，介绍了在特高压输电工程中的应用情况及施工工艺，并结合工程应用资料对支盘桩的济性进行了简单总结，最后针对挤扩支盘桩在输电线路中的应用提出了相关的建议。主要得出同等条件下，相对于普通灌注桩，挤扩支盘桩具有较大的经济效益和应用优势，该新型基础有望能在未来输电线路工程的发展中得到不断推广和广泛的应用。
参考文献
[1]聂建国.挤扩支盘灌注桩在工程中的应用[J].山西建筑，2004，30（24）：58-59.
[2]钱德玲，唐辉明.挤扩支盘桩的成桩机理及其应用前景[J].地质科技情报，2000，19（4）：89-91.
[3]姚凯骏.挤扩支盘桩在软土地基中的应用[J].工程技术，2009，32（15）：54-56.
[4]徐至钧，张晓玲.挤扩支盘桩的施工与应用[J].建筑技术，2003，2.
[5]刘艳东，宋烨.挤扩支盘桩承载力研究及在工程中的应用[J].岩土工程与基础处理，2010，9（3）：104-105.
[6]彭安玲.挤扩支盘灌注桩技术及其应用研究[J].企业技术开发，2011，30（07）：65-67.
[7]刘纪元，陈梅红.挤扩支盘桩在工程中的应用[J].工程建设与设计，2007，05：88-91.
[8]朱必洲.挤扩支盘桩施工技术在桥梁基础中的应用探讨[J].山西建筑，2013，39（2）：168-170.
[9]段君.挤扩支盘灌注桩在工程中的研究与应用[J].山西建筑，2005，31（11）：52-53.
[10]钱德玲.具有高抗拔性能的支盘桩在工程中的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2003，04（22）：678-682.
[11]欧阳永龙，张有，郑志红.支盘挤扩桩在桩基础中的应用及优势[J].中国煤炭地质，2012，24（12）：37-40.
[12]底尚尚，金涛.挤扩支盘桩在输电线路工程中的应用[J].河北电力技术，2013，32（5）：30-32.
[13]程永锋，邵晓岩，朱全军.我国输电线路基础工程现状及存在的问题[J].电力建设，2002，23（3）：32-34.