在輸電線路工程中,基礎設計的優劣將直接關系到整個線路工程的施工進度、經濟指標、環境效益以及投產后的安全運行;此外,為確保基礎質量而進行的檢測也是基礎工程中的一項重要工作。本文結合相關規范,就輸電線路常用的基礎型式與質量檢測的相關知識進行歸納整理,以供交流探討!

基礎工程是輸電線路工程中的重要組成部分(據統計:其施工工期約占整個工期一半時間,運輸量約占整個工程60%,費用約占整個工程15%~35%),基礎設計的優劣將直接關系到整個線路工程的施工進度、經濟指標、環境效益以及投產后的安全運行。在充分考慮塔基地質條件、實際地形、塔位邊坡生態等多方面因素的基礎上,如何根據鐵塔基礎的受力特點,因地制宜地選擇合理的基礎型式,最大限度降低工程投資,是輸電線路設計中值得深入研究的重要問題;此外,為確保基礎質量而進行的檢測也是基礎工程中的一項重要工作。本文將對輸電線路常用的基礎型式進行簡要介紹,就此對基礎檢測方面的相關問題作一梳理。
早期,大開挖基礎由于施工工藝簡單一度成為最主要的基礎型式;近年來,國內輸電線路工程基礎設計的理念不斷更新、技術不斷進步,除對常規大開挖基礎進一步挖掘潛能外,最主要的趨勢是:充分利用地基原狀土的力學性能、綜合考慮環境及經濟效益采用更加合理的基礎型式。這類基礎主要是以擾動的粘性回填土構成抗拔土體保持基礎的上拔穩定,由于是回填土,雖經夯實亦難恢復原有土的結構強度,所以就其抗拔性來說,不是理想的基礎型式。實踐證明,這類基礎的主要尺寸均由其抗拔穩定性所決定,為了滿足上拔穩定要求,往往要加大基礎尺寸或增加基礎埋深,由此提高了基礎造價。但這類基礎由于施工工藝簡單、適用性廣泛、經濟技術指標良好,鋼筋混凝土板式基礎是我國輸電線路中普遍采用的基礎型式之一。現澆鋼筋混凝土斜柱式基礎是國內外送電線路工程中普遍采用的一種基礎型式,有較成熟的設計和施工經驗。其特點是主柱坡度與鐵塔主材坡度一致,鐵塔主材沿基礎主柱軸線插入基礎,減小了鐵塔對基礎主柱和底板的偏心彎矩,也相應減小了基礎主柱和底板的配筋,地基應力分布比較均勻,從而縮小了基礎尺寸,受力合理,技術經濟指標較好。
斜柱型基礎較直柱型基礎節約鋼材15%、混凝土20%左右,且具有施工工藝簡單、抗拔承壓性能好、適用性廣、設計方法及運行經驗成熟等優點。該型基礎主柱露頭可根據現場實際地形進行調整,盡可能地不開基面,以保護生態環境。斜柱式基礎其開挖量較原狀土基礎略大,但能有效地節約技術指標,對基礎外負荷較大、使用掏挖式基礎明顯不經濟的塔位,或有地下水、基坑難以掏挖成型的塔位等,可采用該型基礎型式。

筏板基礎也稱“聯合基礎”,鐵塔四個基礎墩用一個底板連成整體且基礎墩間用橫梁連接而成的基礎,較大的底板面積使得地基應力大幅減小,該基型主要適用于軟弱地基塔位,其施工工藝簡單(交通便利塔位可采用機械開挖),但其開挖量大,基坑排水、坑壁支護是該基型施工實施的關鍵。

利用機械(或人工)在天然土(巖)中直接鉆(挖)成所需要的基坑,將鋼筋骨架和混凝土直接澆注于基坑內而成的基礎叫做原狀土基礎。我們常用的有掏挖基礎、巖石基礎、鉆(挖)孔(灌注)樁基礎等。
掏挖基礎以混凝土和鋼筋骨架灌注于以機械或人工掏挖成型的土胎內的基礎。該型基礎施工時一般采用人工掏挖,由于不需要回填土,更加有效地保護了塔基的生態環境,保證了塔基的穩定。其基礎穩定計算采用剪切法,它充分利用了原狀土的抗剪切特性,不僅具有良好的抗拔性能,而且還具有開挖面和挖方量小、取消模板及回填土工序、加快工程施工進度等優點。掏挖式基礎與大開挖基礎相比,其植被開挖面積約為大開挖基礎的6%~18%,挖方量約為大開挖基礎的13%~36%,最大限度保護了環境和減少了水土流失,是目前最環保的輸電線路鐵塔基礎型式之一。
該型基礎在輸電線路中常采用人工挖孔、灌注澆筑而成(交通條件允許也可采用機械成孔),與掏挖基礎的區別主要在于基柱是剛性還是彈性(若為剛性,可判別為掏挖基礎;若為彈性,則可判別為挖孔灌注樁),感官上說,掏挖基礎短而粗(類似墩基礎),挖孔灌注樁細而長。具體可參見《線路基礎規程》(DL/T 5219-2014)附錄G列出的判別式。挖孔灌注樁基礎不但適用于地質條件較差的塔位,而且還被廣泛應用于高陡邊坡及個別具有特殊要求的塔位。在以往工程中,對于這類高陡邊坡通常采用立柱板式鋼筋混凝土基礎,采取高處邊坡開小平臺、低處基礎漿砌塊石回填并露長立柱的方式進行處理,該方法由于下坡側基礎立柱出露較多,為滿足設計要求,一般基礎底板也較大、基礎埋深也較深,基礎挖方量較大,若施工棄土未按設計要求有效運離施工現場,施工棄土向下坡側滑移將使下坡側植被遭到破壞,甚至造成淺層滑坡,嚴重影響塔基的穩定。采用挖孔灌注樁基礎,挖孔棄土出孔隨即運離施工場地,一般情況下不需要開小平臺,可更加有效地保護好原塔基地貌及避免原塔基植被遭到破壞,具有顯著的環保效益。另外,該基型還具有機具設備簡單、施工操作方便、占用場地小、施工質量可靠、可全面展開施工以縮短工期等優點,極大地彌補了其它基礎型式的不足,在輸電線路中應用較廣泛。
巖石基礎通過把基礎本體嵌(錨)固于穩固的巖體上,與其它基礎型式相比,可節約基礎材料,具有較好的經濟性,但采用巖石基礎必須逐基鑒定巖體的穩定性、覆蓋層厚度、巖體的堅固性及巖石風化程度等情況,地質勘察工作需相對較深入,適用范圍具有一定的局限性。
除此之外,重力式基礎(如用于配網線路的窄基塔)、沉井基礎(如用于流砂、軟土等地基)、裝配式基礎(如水泥桿底盤、搶修塔基礎)、螺旋錨基礎(適用于河網、泥沼、沿海灘涂等軟弱土壤條件地區)、微型樁基礎(由多根小直徑鋼筋混凝土樁現場灌注并連接于承臺而成)、預制樁基礎(如錨桿靜壓樁、預制混凝土樁)、復合基礎(如掏挖基礎基底加錨桿、板柱式基礎底板下加錨桿)等基礎型式在輸配電線路中不同條件下也偶有使用。
輸電線路目前應用最為廣泛的基礎型式有掏挖基礎、板柱式基礎(直柱、斜柱、底板臺階式、底板直側面式、底板斜側面式等)、樁基礎(單樁、多樁承臺等)等基型;輸電線路基礎的選型應本著安全可靠、技術先進、經濟合理、環保適用的原則進行。
眾所周知,在上述基礎型式中,樁基礎由于施工環境較為苛刻、基礎埋深通常較深、施工工藝較復雜等原因基礎質量較難保證,因此一般均都要求對基礎質量進行檢測,但問題是:樁基礎要怎么檢測?另外,對其它的基礎型式有無相關的檢測要求?
基礎質量檢測的相關規范及條文


注:在以上規范中,國標(GB)優于行標(DL及JGJ)、行標優于企標(Q);對于輸電線路基礎質量檢測規范的應用,優先順序則正好相反。
①輸電線路中的樁基應進行單樁承載力和樁身完整性檢測;
②一級、二級桿塔(除大跨越及特別重要的桿塔外,一般為二級)樁基工程應進行樁身完整性檢測,對一級桿塔和有特殊要求的桿塔樁基(很少涉及到),應進行單樁承載力檢測;
③掏挖基礎需進行實體質量檢測;錨桿、錨索土釘支護需進行抗拔力檢測。根據《電力工程基樁檢測技術規程》(DL/T 5493-2014)第3.2.6條 單樁承載力和樁身完整性的受檢樁宜符合下列要求:
1 施工質量有疑問的樁;
2 設計方認為重要的樁;
3 局部地質條件出現異常的樁;
4 施工工藝不同的樁;
5 當采用兩種及以上不同檢測方法時,宜根據前一種檢測方法的結果來確定之后檢測方法的受檢樁;
6 除以上規定外,同類型樁抽檢宜均勻隨機分布。
關于樁(或基礎)檢測的比例及相關要求,各規范從不同的出發點會稍有差異:


注:1.上表所指檢測數量,按同一施工單位、同一標段的同類基礎作為一個計算單位計算; 2.預埋聲測管的基樁優先采用聲波透射法檢測,未預埋聲測管的基樁則優先采用低應變法; 3.承載力檢測應按國家、城鄉建設部規程規范的規定進行檢測,設計需在圖紙中說明;若施工中出現異常情況需要檢測承載力等項目時,各參建單位均可提出,建設單位組織確定。
①輸電線路中的樁基應100%進行樁身完整性檢測(云網標準有所不同);
②掏挖基礎應進行實體質量檢測,抽檢數量不應少于基礎總數的10%(聲波透射法);
③基礎錨桿應進行抗拔承載力檢測,抽檢數量不應少于錨桿總數的5%,且不應少于6根;
④其余基礎檢測根據工程特點、重要性及需要等條件參考上表執行。

根據檢測的目的,可采用不同的檢測方法,如下表所示:


在上述檢測方法中,承載力檢測方法常用的主要有靜載試驗和高應變法;完整性檢測方法常用的主要有鉆芯法、低應變法、高應變法、聲波透射法。以下作一介紹:靜載試驗主要用于基礎的承載力檢測。靜載試驗需要現場加載,加載設備、反力裝置笨重,對于承載力大或者交通不便的基礎,受加載能力和場地條件限制很難實施。因此山區線路基礎一般不適用。
高應變法適用于判定單樁豎向抗壓承載力和檢測樁身完整性,常用于檢測預制樁和常規灌注樁,對于大直徑灌注樁、嵌巖樁和變截面樁不適用。且高應變檢測要求錘的重量不小于單樁豎向抗壓承載力特征值的2%,重錘吊裝需要較好的交通條件,山區線路基礎一般不適用。另外,高應變檢測前要澆筑保護帽,等待檢測時間較長,對工程工期影響較大。
低應變法適用于檢測規則截面混凝土樁的樁身完整性,檢測簡便可行,常用于檢測預制樁和常規灌注樁。低應變法因設備輕便,檢測簡便可行,特別適用于線路工程常規灌注樁基礎檢測。但由于其理論基礎為一維彈性桿,且發射波因激勵能量較小衰減快,故對大直徑及超長樁的檢測效果不佳,也不適用于原狀土掏挖基礎及變截面樁。根據中國電科院工程檢測研究,低應變法用于檢測長徑比為15~30的等截面樁的效果較好。
鉆芯法檢測結果直觀且適用全部基礎。鉆芯法所用鉆機約2t,現場需要具備一定的通行條件,同時現場需要具備水源;受技術限制,鉆心檢測時間較長,一般10m/天。

聲波透射法適用于檢測灌注樁樁身混凝土的均勻性、樁身缺陷及其位置,判定樁身完整性類別。聲波透射法對基礎混凝土完整性的檢測準確性高,可定量分析出樁身缺陷的大小和確切部位,對樁長樁徑無限制,同時檢測設備相對輕便,適用于各種場地條件。現今港口、橋梁、高鐵大直徑灌注樁和超長樁一般均采用聲波透射法檢測。聲波透射法須預先埋設聲測管,給施工帶來一定的不便,另外現場檢測費時,檢測效率較低。

聲波透射法聲測管埋設要點
①輸電線路中常規灌注樁通常采用低應變法進行樁身完整性檢測,推薦采用準確性更高的聲波透射法(需預先埋管),也可以采用鉆芯法;
②樁基承載力檢測主要采用靜載試驗和高應變法;
③對于掏挖基礎的實體質量檢測,通常采用低應變法,推薦采用準確性更高的聲波透射法(需預先埋管);
④其余基礎混凝土強度檢測可采用鉆芯法和回彈法。

(1)設計單位應將檢測費用在概算中單獨計列,在設計文件中明確對檢測有特殊要求的地基基礎,明確樁基礎、掏挖基礎埋設聲測管的要求(采用聲波透射法)等;
(2)基樁驗收檢測時,宜先進行樁身完整性檢測,后進行承載力檢測。樁身完整性檢測宜在基坑開挖至基底標高后進行。承載力檢測時,宜在檢測前后分別對受檢樁、錨樁進行樁身完整性檢測;
(3)檢測開始時間應符合下列規定:
a)當采用低應變法或聲波透射法檢測時,受檢樁混凝土強度不應低于設計強度的70%,且不應低于15MPa;
b)當采用鉆芯法檢測時,受檢樁的混凝土齡期不應小于28d或受檢樁同條件養護試件強度達到設計強度要求;c)承載力檢測前的休止時間,除應符合本條第b)款的規定外,當無成熟的地區經驗時,尚不應少于下表規定的時間:
對于基礎檢測的相關規定不同的規范由于角度的不同會稍有差異,在輸電線路中需因地制宜地進行考慮。
在輸電線路基礎工程中,對基礎的精益設計是項目取得良好效益的前提,優質的基礎施工是確保目標得以實現的關鍵;此外,基礎的檢測在確保基礎質量方面起到了保駕護航的重要作用。

多項規范中均闡述了基礎檢測的相關要求,但其條目繁多,對輸電線路這一板塊來說適用性并不強,還需我們對其進行認真解讀、深入理解后方能準確應用。

作為設計師,需要具備歸納、整理、總結、提煉,把握重點、化繁為簡的能力——其實這也正是我們成長道路上不斷汲取營養、循序精進必須具備的本領之一;要掌握這項本領須經過無數次的刻意練習,“功夫是什么?——就是時間”! 【1】110~750kV架空輸電線路施工及驗收規范(GB 50233-2014); 【2】建筑地基基礎設計規范(GB 50007-2011); 【3】架空輸電線路基礎設計技術規程(DL/T 5219-2014); 【4】建筑工程檢測試驗技術管理規范(JGJ 190-2010); 【5】建筑樁基技術規范(JGJ 94-2008); 【6】電力工程基樁檢測技術規程(DL/T 5493-2014); 【7】錨桿錨固質量無損檢測技術規程(JGJ/T 182-2009); 【8】建筑基樁檢測技術規范(JGJ 106-2014); 【9】國家電網 輸變電工程地基基礎檢測規范(Q/GDW 11653-2017); 【10】云南電網 輸變電工程地基基礎質量檢測管理辦法(Q/CSG-YNPG-2-13-06-2011); 【11】云南電力設計院 ±800kV特高壓輸電線路人工挖孔樁基礎標準化設計(楊智軍編寫),一并向參編人員表示衷心的感謝; 【12】中國電力科學研究院 輸變電工程地基基礎設計技術交流(魯先龍編寫),在此表示誠摯的謝意; 【13】樁基工程檢測手冊(第二版) 人民交通出版社(羅驥先主編);