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一、引言 輸電線路工程設計中經常會用到鋼管桿結構形式，鋼管基礎的形式應根據線路沿線的地形、地質、材料來源、施工條件和桿塔形式等因素綜合確定。鋼管桿較常用的基礎形式有種: 臺階式基礎、鉆孔灌注樁基礎和預制樁基礎（點擊藍字查看輸電線路幾種常規基礎型式簡介）。 臺階式基礎用于開挖比較容易的地區。選用這種基礎時, 一般在現場附近應具有砂、石、水的地區, 并可根據節約混凝土用量, 降低造價的原則合理選定混凝土或普通鋼筋混凝土基礎。 鉆孔灌注樁基礎適用地質條件較差的地基,它是一種深基礎的型式，這類基礎系指用專門的機具鉆（沖）成較深孔，以水頭或水壓力和泥漿護壁，放入鋼筋骨架澆注混凝土的樁基。如桿塔位于跨河地段的淤泥、泥沙等軟弱地基而且在技術經濟上使用淺基礎不合理時, 可考慮使用。 預制樁基礎包括鋼樁及混凝土樁, 適用于鉆孔、掏挖均難以成型且承載力很低的地基情況。鋼管樁基礎大直徑鋼管樁，這類基礎埋置于原裝土土體內，依靠樁側土壓力能承受較大傾覆力矩。具有較大的承載力、相對簡單方便的沉樁工藝與良好的抗彎能力。 對于新建線路,要根據工程實際情況，對不同的基礎形式進行了技術經濟方面的比較后，確定基礎形式。 對于許多處于城區的線路改造來說, 老線路由于多年的負荷發展和地理位置限制, 線路改變路徑及改變桿位相當困難, 并且由于保障供電, 要求改造停電時間盡量短,若采用現澆鋼筋混凝土基礎,在施工過程中需要大面積開挖,基礎澆鑄完畢后還要滿足長時間的保養期要求;而現在城市的各種地下管道越來越多,很難找到合適的塔位,長時間的大面積開挖不能符合城建要求,也會影響整個工程的進度。 此時宜采用鋼樁基礎。 二、鋼樁構造、型式及規格 鋼樁由鋼管、企口榫槽、企口榫銷構成，鋼管直徑的左端管壁上豎向連接企口槽，企口槽的橫斷面為一邊開口的方框形，在企口槽的側面設有加強筋，鋼管直徑的右端管壁上且偏半徑位置豎向連接有企口銷，企口銷的槽斷面為工字形的一種樁基。 鋼樁的管材，一般用普通碳素鋼，抗拉強度為402MPa，屈服強度235.2MPa，或按設計要求選用。按加工工藝區分，有螺旋縫鋼管和直縫鋼管兩種，由于螺旋縫鋼管剛度大，工程上使用較多。為便于運輸和受樁架高度所限，鋼樁常分別由一根上節樁，一根下節樁和若干根中節樁組合而成。鋼樁的下口有開口和閉口之分。鋼樁的直徑自φ406.4~φ2032.0mm，壁厚自6~25mm不等，應根據工程地質、荷載、基礎平面、上部荷載以及施工條件綜合考慮后加以選擇。 鋼管桿與鋼管樁采用插入式錨固或法蘭連接兩種方法。鋼管樁截面形式由于輸電線路工程所用鋼管樁一般直徑較大，考慮加工制造便利以及與上部鋼管桿套接時相匹配的因素，鋼管樁的截面宜選用與鋼管桿相同的多邊形形式。鋼管樁壁厚選擇鋼管樁的壁厚需考慮工程壽命周期內的腐蝕量。 三、鋼管樁基礎的適用條件及優點 根據工程實踐，在軟土地基，尤其是較厚的淤泥質黏土地基中，采用鋼管樁基的造價會低于灌注樁基礎。同時鋼管樁基礎在施工周期、施工便捷性、樁基質量控制等方面均優于灌注樁基礎。由于受鋼管樁沉樁施工工藝的限制，鋼管樁基礎型式目前還只能應用在沼澤地、松散的粘土等地質較好的條件下。 鋼管樁基礎的優點： 1、鋼管樁能承受強大的沖擊力。由于能承受強大的沖擊力，因此其穿透和貫入性能優越。可能根據設計需要貫入到堅實支承層中。 2、承載能力大。由于鋼材屈服強度高，所以只要將樁沉設到堅實支承層上，便可獲得很大的承載力。 3、水平阻力大，抗橫向力強。由于鋼管樁的斷面剛度大，對抵抗彎矩作用的抵抗矩也大，所以能承受很大的水平力。 4、設計靈活性大。可以根據需要，變更鋼管樁的每根單管的壁厚；還可以根據需要，選定適用設計承載要求的外徑。 5、樁長容易調節。當作為樁尖支承層的層面起伏不平時，已準備好的樁會出現或長或短的情況。由于鋼管樁可以自由地焊接接長或氣割切短，所以很容易設計樁的長度。 6、與上部結構容易結合。通過將鋼筋預先焊于樁上部，鋼管樁很容易與上部的承臺混凝土結合。也可以直接同上部結構相焊接，因而保證上下共同工作。 7、搬運、堆放操作容易。 8、通過在樁頂部套入承臺，抵抗樁頂水平位移，有效減小鋼管樁的直徑。套入承臺不配筋，施工方便快捷。 9、節省工程費用、縮短工期。鋼管樁是最適合快速施工的基礎，節省工程費用，因此其綜合經濟效益高。 四、鋼管樁基礎的受力分析 根據樁基的分類，鋼管桿用的鋼管樁基礎屬大直徑樁、摩擦型樁、部分擠土樁、敞口型鋼管樁基。針對鋼管桿的荷載特點，鋼管樁基要具有足夠的水平承載力、抗傾覆能力以及下壓承載力。其承載力主要取決于鋼管樁基的三個尺寸參數：樁入土深度h、樁徑d、樁壁厚t以及持力層內土的力學參數。 4.1、鋼管樁下壓承載力因為是摩擦型樁，其下壓承載力主要是由樁周的原狀土提供的樁側阻力。其大小取決于樁的入土深度和樁徑。一般因樁徑較大（需大于鋼管桿的根徑）、樁入土較深，下壓承載力不成為控制條件。 4.2、鋼管樁抗傾覆承載力由于上部鋼管桿與底部鋼管樁基是插接連接或法蘭連接的，屬剛性連接。其整體的傾覆穩定可參考電桿基礎傾覆穩定計算的模型。該模型認為極限傾覆力矩是假定樁側的土壤達到土壓力極限平衡狀態時提供的承載力。在軟土地基中，土壓力參數較低，故抗傾覆承載力一般成為，鋼管樁基礎的主要控制條件。 4.3、鋼管樁水平承載力水平作用力下引起的樁基內力和變位達到正常使用極限狀態時，即為樁的水平承載力。根據樁基的特點。影響單樁水平承載力的因素很多，包括樁的截面剛度、材料強度、樁側土質條件、樁的人土深度以及樁頂約束情況等。特別是鋼管桿屬于高聳結構，對水平位移有控制要求。故水平承載力引起的基礎樁頂位移量也是鋼管樁基礎的主要控制條件。鋼管樁水平承載力主要受以下幾個方面影響： 4.3.1、樁身強度和剛度對于抗彎性能較強的鋼管樁，其單樁承載水平力主要是由位移控制的。在水平荷載作用下，樁身雖然未斷裂，但當樁側土體顯著隆起，或樁頂水平位移大大超過上部結構的允許值時，也應該認為樁已達到水平承載力的極限狀態。樁身強度控制和樁頂水平位移均控制兩種工況，均受樁側土水平抗力系數的比例系數ｍ的影響。 4.3.2、樁側土質條件，樁側土質愈好，其水平抗力愈大，或地基上水平抗力系數愈大，樁的水平承載能力就愈高，尤其是樁側表層土（３～４倍樁徑范圍內）的承載能力極大地影響樁身的水平承載力。因此，當表層土較差時，可采取回填碎石夯實等改良加固表層土的方案進行處理，可較大地提高樁身的水平承載力。 4.3.3、樁頂約束條件地基土的水平抗力系數隨樁身水平位移的增大呈指數衰減。因此，對樁頂水平位移的約束愈好，則樁側土的水平抗力愈大。在其他條件都相同的情況下，樁頂約束時的水平位移要比樁頂自由時減少了60％左右。 4.3.4、樁的入土深度隨著樁的入土深度增大，樁側土將獲得足夠的嵌固作用，使地面位移趨于最小。當樁的入土深度較小時，樁側土嵌固作用不足，地面位移很可能大到為上部結構所不容許，同時樁底也有相當大的力矩和位移，而要求樁底土對其有足夠的嵌固能力。但當樁的人土深度達到一定值時，再增加樁的入土深度，對樁的水平承載力不再起作用。因此，在工程中無限地利用增加樁的入土深度來提高基樁的水平承載力是不可取的。 五、鋼管樁基礎的設計方法 5.1、確定樁徑根據上部鋼管桿的根徑確定鋼樁的適宜直徑．在滿足與鋼管桿插接或法蘭連接的要求下應盡量小，因為樁徑對鋼樁的總重影響較大。 5.2、傾覆穩定計算根據DL/T5219-2014《架空送電線路基礎設計技術規定》中的6.1條，按電桿基礎傾覆穩定計算，確定所需的樁入土深度ｈ。 5.3、樁內力和變位計算根據樁的幾何參數和樁側土參數計算出樁的水平變形系數α（參見DL/T5219-2014《架空送電線路基礎設計技術規定》中的9.6條,公式9.6.2），如果αh＜2.5，則樁應視為剛性樁；如果αh＞2.5，則樁應視為彈性樁。剛性樁應按《架空送電線路基礎設計技術規定》中的附錄G“原狀土基礎剛性基柱考慮土抗力時側向彎矩的近似計算”進行內力和變位計算；而彈性樁則應按附錄J“水平荷載作用下樁的內力、位移計算”進行內力和變位計算。 5.4、樁身及土穩定校驗根據上述計算得到的內力和變位進行樁頂位移、樁側土壓力穩定、樁底土承載力、樁身強度、樁壁厚等各項校驗。 六、鋼管樁基礎的優化措施 6.1、增加樁基剛度尤其是上部的剛度 具體做法為在樁內填充回填土并在頭部內澆注20cm的混凝土，以增大樁的剛度。同時在樁頭部的最大彎矩發生處，澆制混凝土卡盤，以增大抗傾覆作用。 6.2、改善樁上部土質 在卡盤的開挖基坑部分采用回填土或碎石夯實，以替換原來的軟土，達到改善樁側土質、提高ｍ值的目的。 6.3、增加樁頂約束 如果樁基位于公路綠化帶內，綠化帶兩側的道路硬化路面可對樁頂形成很好的約束作用。尤其是利用卡盤和兩側公路的嵌固作用后，可大大增強了頂部約束作用。通過上述措施，可使樁頂位移量低于理論計算值。因為理論計算值是建立在樁頂自由的條件下的，故在對鋼管樁選型計算時水平位移量的限制適當放寬，從而減少鋼樁的人土深度，降低樁的耗鋼量。 七、施工方法 鋼管樁的施工方案有很多種，但是運用比較廣泛的是機械鉆孔法和靜壓法鉆孔，以下就對這兩種方法進行簡單介紹： 機械鉆孔法：此法就是將鉆機緊貼基土鉆孔，在機械鉆到設計所需深度時放入鋼管樁，因為樁體直徑較大，為防止塌方，必須在鋼管樁與地基接觸內外澆筑水泥漿進行加固。此法的缺點就是噪音大，工程周期長，使用費用高，工程占地面積大；優點為局限性小，在任何土質上都可以使用。 靜壓法：此法是使用靜壓機采取垂直靜壓的方法將樁體壓入基土，此法的優點為產生噪音小，壓制速度快，工程周期短，費用低；但是靜壓法由于靜壓機機械本身的局限性，只適用于水分高，孔隙大的軟土。 |
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