沉降控制复合桩在换流站施工中的应用

摘要：文章以实际工程为例，对换流站中沉降控制复合桩的应用进行探讨。利用沉降复合桩对软土地基处理，不仅可以承担外荷载，并且可以降低沉降。施工时，需要根据允许的沉降量确定桩数量，平均桩基距离要保持5～6倍以上，工程施工后桩基沉降稳定，取得了良好的施工效果。

关键词：换流站施工；沉降控制；复合桩；软土地基处理；外荷载 文献标识码：A

中图分类号：TU473 文章编号：1009-2374（2016）19-0060-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.19.028

1 工程概况

某换流站工程所处地区地形平坦，自然平面的高度为3.5m，使用复合桩基对阀厅、防火墙及换流变基础控制。

1.1 填土

主要以素填土为主，局部位置存在砖块、碎石和石渣，上面耕土的厚度可以达到0.5m深。灰黄色黏性土是素填土的主要成分，平均厚度在0.5m左右。

1.2 褐黄色粉质黏土

该土质具有较强的可塑性，含有丰富的锰铁元素，下浮土层与底部之间呈现出渐变的状态，受沟渠切割比较明显，平均厚度在0.5m以上，地基的有效承载能力可以达到100kPa。

1.3 灰黄色粉质黏土

该土质具有可塑性，含有铁锰质斑点，该层土质具有由上而下逐渐变软的特点，受河塘切割比较明显，厚度在3.5m内，地基的有效承载能力可以达到100kPa。

1.4 灰色淤泥质粉质黏土

该土质具有软塑性，土层中富含云母，土质分配不均匀，此层中还分布着粉砂和一薄层粉质黏土，厚度在10m以上，地基的有效承载能力可以达到70kPa。

1.5 暗绿色粉质黏土

该土质具有硬塑性，土层中含有丰富的腐殖质、铁锰元素和氧化铁斑点，局部位置埋藏的比较深，厚度保持在4m以内。

1.6 褐黄色粉质黏土

该土质具有硬塑性，土层中含有丰富的腐殖质和氧化铁条纹，局部位置夹杂着粉性土，厚度保持在5m以内。

1.7 黄渐灰黄色砂质粉土

该土质具有中密性，土层中含有丰富的云母，局部位置夹杂着粉性土，厚度保持在6.5m左右。

1.8 灰色淤泥质粉质黏土

该土质具有软塑性，土层中含有丰富的贝壳碎屑和云母，局部位置夹杂着一薄层的粉砂，厚度保持在8m左右。

1.9 灰色粉质黏土

该土质具有可塑性，土层中含有丰富的云母，土层中夹杂着粉土和粉砂，厚度比较深，没有被钻穿。

2 防火墙及换流变基础

该换流站在进行设计的时候，小于5m的地方，相对沉降可以出现5mm的误差；大于5m的地方，相对沉降要控制在0.1%以内。这样的要求是非常严苛的，一般情况下的天然基础无法实现这样的标准。防火墙使用墙下条形承台梁，主控楼侧阀厅山墙钢构结构使用主控楼阀板基础，韩流侧的钢柱承台和防火墙承台梁按照整体浇筑进行考虑，并且不布置施工缝，防火墙承台和纵筋要按照施工图的要求锚固到钢承台中。换流区域地基土层分布不均匀，粉质黏土、粉土、碎石土为互层状，压缩模量低，并且③层卵石局部地段夹粉质黏土透镜提，层后分布均匀性差，数直方向底层变化比较大，所以两极换流变压器均使用桩基础。

3 设计沉降控制复合桩基

沉降控制复合桩基是由承台下面的桩和地基土一起承担的外荷载，在对桩数的低承台摩擦桩基进行确定的时候，主要是依据建筑物的容许沉降量标准来进行确定的。桩基的作用是不仅可以承担部分外荷载，还可以有效降低和控制沉降，通常情况下，摩擦桩的桩端持力层比较软弱。依据容许的沉降量来设计桩的数目，与常规桩进行比较，桩的数目较少，桩距就会相应变大。对于软土地基来说，一般会使用混凝土预制小桩，该桩身的截面边长为25cm，长细比为8cm，桩距是桩径的6倍左右。复合桩基分担外荷载是由承台下桩和地基同来承担的，承台底面上左右的荷载比各单桩极限承载力标准值之和大的时候，桩所承担的荷载就是各单桩极限承载力标准值之和，其余的荷载由承台下地基土承担。依据Mindlin应力公式的单向压缩分层总和计算法来计算桩基最后的沉降量。沉降控制复合桩基的好处有四点：第一，桩控制基础沉降的能力可以得到较好的发挥和利用；第二，依据单桩极限承载力的标准来设计桩，从而充分地发挥桩的承载能力；第三，桩的数目得到有效的控制，和常规的标准进行比较，桩的数目可以减少三分之一，使基础的工程造价得到有效降低，桩的间距增加了，从而使挤土效应得到了有效控制，对周围环境的影响也降低了；第四，和粉喷桩或者是水泥土搅拌桩进行比较，控制沉降桩一般都是钢筋混凝土桩，这就使质量得到了较好的保障。

4 复合桩施工

4.1 放线定位

4.1.1 控制点布置与保护。对业主提供的施工测量控制方格网、控制点、高程基准点等关键部位根据工程测量技术规范进行复测，确保满足精度要求后予以重点保护，并列详细文字资料备案。施工过程中对业主提供的测量标志必须妥善保护。

4.1.2 桩位测放。桩位测放及标高测量仪器采用全站仪（DTM-352）、水准仪（S3）和塔尺。桩位测放前，应根据施工图和厂区坐标系计算出各控制点和桩位的坐标，经复核无误后，填写《施工桩位坐标一览表》，以备测放桩位时使用。向全站仪内输入坐标时应两人进行复核，防止出错。桩位可根据施工进展用极坐标法分批测放。桩位采用Φ8钢筋做标识，入土深度不少于30cm。

4.2 钻孔施工

4.2.1 钻机就位时，钻杆应保持垂直稳固、位置准确，施工中应随时检查调校。

4.2.2 钻进过程中应随时检查钻头保径装置、钻头直径、钻头磨损情况，不能保证成孔质量时应及时更换。

4.2.3 按试成孔确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各项参数，记录应及时、准确、完整、真实。

4.2.4 钻进过程中应根据地质情况控制进尺速度。

4.2.5 成孔采用跳打方式，钻头倒出的渣土距桩孔口最小距离应不小于5m，成孔并浇筑完成后应及时

平整。

4.2.6 钻进过程中，随时清理孔口积土，遇地下水、塌孔、缩孔等异常情况时，应及时处理。

4.2.7 遇到基岩后请地质工代确认是否已到桩基持力层位置，确认后继续钻进达到设计深度，及时清孔，并请监工工程师确认终孔。

4.2.8 成孔达到设计深度后，孔口应予保护，并应做好记录。

4.2.9 旋挖灌注桩成孔施工的允许偏差应满足《建筑地基与基础工程施工质量验收规范》（GB 50202-2002）的相关规定，同时根据业主和总承包单位建筑工程质量要求。

4.3 埋设护筒

护筒用8～10mm厚钢板卷制而成，内径比桩径大10～20cm，顶部焊接两个吊环，供提拔护筒时使用。护筒埋设前先根据桩位引出四角控制桩，控制桩用Φ8钢筋制作，垂直打入土中至少30cm。四角控制桩必须经过现场技术人员复核无误方可施工，以保证护筒埋设精度，地表回填有较大的粒径的岩石时，钻机在下钻时很容易偏离，可以通过埋设好的四角桩来再次调整护筒，使护筒中心以满足验收规范的要求。

护筒埋设深度不小于60mm，护筒周围要用捣实，避免漏浆。护筒埋设完毕后应使护筒中心与桩位中心重合，护筒平面埋设偏差不宜大于20mm，竖向偏差不宜大于1%。护筒检验合格后才能使钻机就位。

5 换流站中的应用效果

就测斜的情况而言，围护桩坝体下部位移要比顶部位移小得多，下部最大位移可以达到5cm左右，顶部最大位移值可以达到6cm以上，这完全符合刚性坝体的位移特点。刚性坝体是由双排灌注桩加搅拌桩共同作用而形成的，支撑内力和坝移成正比，符合内力与钢支撑压缩变形成正比的特点。经过测试分析以后，原设计的土压力成三角形线性分布的情况与实际施工不相符，这也充分地表明实际土压力呈现出非线性分布的趋势。

依据工程的实际情况，换流站的土性质较差，要想将该土层避开就要将基础再次深挖1.8m，灰黄色粉质黏土层是大板承台下面地基的持力层。承台基础的厚度大，使得相应的刚度就大，基础倾斜也可以受到基础刚度的制约。防火墙及换流变基础主要分为两大块，在大板基础的旁边也有零散的母线套管支架基础分布在四周。混凝土预制方桩是桩基的主要形式，暗绿色粉质黏土层中包含桩基持力层，设计的单桩承载力为350kN，极限承载力可以达到580kN。GIS大板承台的桩距在3m以内，是桩径8倍左右。由于受到桩土的作用，桩所承担的荷载是总荷载的三分之二，其余荷载由承台下的地基土来承担。经过大量的理论计算可以发现，大板承台的中心沉降量的最大值为7mm，基础上任意两点间的沉降差都满足设计的要求。

6 结语

综上所述，在换流站施工过程中，使用复合桩进行加固施工具有施工速度快、施工精度高、施工合理等方面的优点，可以改善桩间土的物理性质和化学性质，并使桩土之间形成一种较为理想的应力关系，提高地基的承载力。本换流站施工过程中，首先对地质情况进行了调查，分析了地质环境的实际情况；然后采用复合桩对沉降进行控制。实践证明，使用复合桩控制沉降的效果良好，保证设备基础沉降差处于要求范围中，提高了母线和套管连接的安全性。

参考文献

[1] 沈国勤.振动沉管施工CFG桩质量事故分析及处理方

法[J].岩土工程界，2006，（11）.

[2] 闫明礼，蔡晓鸿，关伟兰.CFG桩复合地基施工技术

[J].工程勘察，2007，（2）.

[3] 贺永俊.某工程CFG桩施工质量控制实例[J].山西建

筑，2007，（1）.

作者简介：颜金波（1989-），男，云南保山人，云南省送变电工程公司助理工程师。