软土地质条件下的铁塔保护方案研究

软土地质条件下的铁塔保护方案研究

潘昊

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司上海市290002

摘要：结合工程实例论证在城市道路建设中，软土地质条件下对既有铁塔的保护措施，通过管桩及钻孔灌注桩两个方案的对比研究，表明钻孔灌注桩合围而成的“U”型保护壳能更好的解决在软土地基中的上述工程问题，而且能缩短施工工期，提高工程质量，大幅度地降低工程运营后的维护管理费及降低施工风险。

关键词：软土地基；铁塔保护；钻孔灌注桩保护壳；位移变形

1引言

在区块的开发及城市道路的建设过程中，常常会遇到需对沿线的建筑物（或构筑物）进行保护的情况，特别是在软土地质条件下，需要充分考虑地质流变性、构筑物的基础情况以及其对变形的敏感性，从而进行方案研究，提出经济、合理的保护方案，确保工程的可实施性及安全性。

本文通过案例分析，采用两种不同方式对现状铁塔进行保护方案研究：1）路基填方的竖向附加荷载全部由预应力管桩承担，在构筑物基础深度内不产生水平侧压力；2）U型保护壳：构筑物基础范围内水平侧压力全部由U型围护结构承担。通过各方面比选，确定最优方案，解决软土地区道路填方设计中对周边现状建筑的影响问题。

2工程案例

浙江沿海某新区金塘南路道路工程全长约4km，道路规划红线宽度40m，沿线设4×20m桥梁一座，是区内重要的南北向城市主干路。该工程场地先期由围垦吹填而成，淤泥厚度18.9~20.4m，高灵敏度，先期道路地基处理采用塑料排水板结合堆载预压，路段以宕渣回填堆载，同时铺设临时路面，供地块开发大型车辆行驶，待地块基本开发成型后，再铺设正式路面。现状地坪标高约1.0m，路堤填土高度在3.5m~4m左右。

本工程施工桩号K0+130m红线西侧约7.2m处有一座110Kv高压电线塔，基础为5.6mx5.6mC1856a型板式基础，深度为1.8m，工程平面图如图1所示。

图2铁塔位移图

因高压电线塔离道路边线较近，宕渣填筑过程中发现铁塔发生位移，四个角位移变化在4cm~17cm不等，且有继续扩大的趋势，需进行保护，如图2所示。

2.1工程地质条件

根据地勘资料，金塘南路沿线场地地层可划分为三个工程地质层，自上而下分布如下：（1）素填土：新近人工填层，松散，成份以块石、砾石和粘性土为主，局部颗粒较大。该层全场分布。工程地质性质差。层厚0.50～1.30米。（2）粘土：软塑～可塑状，中偏高～高压缩性，该层全场分布，工程地质性质一般。层厚1.20～1.30米。（3）淤泥：流塑状，高压缩性，全场分布，平均厚度20m，该层物理力学性质很差。

通过对原状土样进行物理力学试验，各岩土层主要物理力学性质指标如表1所示。

表1主要土层物理力学性质指标

2.2铁塔变形分析及保护处理应急方案

1）铁塔基础位移分析

本工程铁塔基础位于淤泥土层中，地面铁塔距离道路红线的最小距离7.2m，道路为填方设计，填筑高度4m，第一次填筑高度2m时，现场监测铁塔有明显水平位移，对道路填筑过程中引起的铁塔水平位移原因进行分析：（1）铁塔基础及道路现状路面均位于淤泥土层中，具有流塑、高压缩性、含水量高、孔隙比大、强度低等典型软弱土层的特点；（2）道路填方产生的竖向附加荷载同时对铁塔基础产生水平侧压力，导致铁塔出现水平位移现象。

2）保护处理应急方案

（1）卸载已填筑路基

施工过程中监测铁塔有明显水平位移现象，现场及时对道路填方进行卸载，并加强对铁塔位移的加密监测。

（2）设置隔离沟

在铁塔与路基间设置变形隔离沟，底宽0.5m，深1.5m，尽可能切断附加应力的传递，减缓铁塔位移。

通过上述的应急处理后，监测数据表明铁塔变形趋缓，并逐渐稳定。

2.3保护设计方案

本次提出两个方案，分别为“预应力管桩软基处理方案”及“钻孔灌注桩U型保护壳方案”，并对两个方案对比研究。

（1）方案一：预应力管桩软基处理方案

路基上部填土产生的附加荷载全部由预应力管桩承受，并传至持力层，铁塔基础周围土体基本不受力，无侧向变形。方案布置如下：

K0+110~K0+156.9范围内采用PC预制管桩处理，桩径0.6m，桩间距2.0m，桩长20m；桩顶设置桩帽，桩帽顶部设置60cm碎石加两层钢塑土工格栅的褥垫层，混凝土垫层宽出最外侧桩帽外2.0m，设计单桩承载力特征值为166kN，路基回填材料采用泡沫混凝土；经计算，路面竣工后，基准期内的残余沉降为0.02m，能同时满足地基沉降和铁塔保护要求；采用预制管桩方案建安费约270万元。施工时在高压电线塔架四角做好沉降及位移观测并记录，严格控制施工期间的位移变形。见图3。

图3方案一设计图

（2）方案二：设置钻孔灌注桩“U”型保护壳

高压铁塔基础与道路路堤之间采用钻孔灌注桩永久性支挡，平面布置为朝向铁塔呈“U”字型半包围布置，桩径1m，桩间距1.5m，沿道路方向布置双排钻孔灌注桩，梅花形布置，前后两排排距1.5m，共25根。钻孔灌注桩有效桩长18m，桩身采用C35水下混凝土浇筑，竖向配置通长配筋18根E20（HRB400级钢筋），竖向钢筋配筋率0.72%。前后两排钻孔灌注桩

采用厚度为0.8m冠梁连接，两端各设置一道0.8m×0.8m钢筋砼斜撑。钻孔灌注桩外围设置2m宽高压旋喷桩土体加固。由道路填方引起的计算宽度

范围内的水平压力131.4kN，桩顶允许水平位移6mm，按水平位移控制的单桩水平承载力特征值155.2kN，高压旋喷桩对钻孔灌注桩桩间土及以外2m范围内土体加固，避免道路填方过程中对桩间土及铁塔周边土体的扰动。该方案建安费约127万元（其中钻孔灌注桩70.35万，高压旋喷桩52.9万，冠梁4.47万）。见图4。

（3）方案比选：

经过分析计算两方案对现有铁塔的影响、地基沉降及工程造价等指标见下表1。

图4方案二设计图

表1方案综合比选表

由表1可知，方案一管桩处理可以提高道路路基强度、也可通过管桩承担道路填方的竖向附加荷载来减少对铁塔的影响，工后沉降也较小，但施工期间挤土桩会加剧对铁塔的位移影响，同时费用较高；针对铁塔保护而言，方案二由U型围护结构承担水平侧压力，基本可以隔绝路基填筑对铁塔的影响，故设计时推荐方案二即钻孔灌注桩U型保护壳处理方案。

2.4变形监测

根据规范要求，地基处理工程施工队周边环境有影响时，应进行邻近建（构）筑物竖向及水平位移监测[1]，根据上述布桩方案共布设钻孔灌注桩25根，外围设置2m宽高压旋喷桩土体加固，施工周期约60天。监测点布置4个，分别位于铁塔4个角，监测铁塔的位移变化，本次研究选取了代表性的W1点，详见图5。

图4W1点位移（s~t）监测图

由上述监测点的s~t图可以看出，在整个施工过程中W1的累积水平位移最大值为17cm，（见图5），变化速率最大值为0.8cm/d；路基卸载后位移情况有所好转，基本趋于稳定并回移2cm左右，施工U型结构期间，铁塔水平位移局部波动，施工完成时位移值基本稳定在15cm左右，施工结束1个月后水平位移终值为14cm，趋于稳定，同时通过后续的监测数据显示处理后的铁塔稳定，达到了预期效果。

3结论

本次铁塔保护采用了钻孔灌注桩处理，经过半年时间的运营及观测，铁塔变形稳定。对本案例总结如下：

（1）本工程采用按水平位移控制的水平承载力进行支挡结构设计，采用钻孔灌注桩结合高压旋喷桩的围护结构型式，结构安全、经济合理、便于施工，道路填方施工过程中现状铁塔基本无变形现象，有效解决了软土地区道路填方设计中对周边现状建筑的影响问题；

（2）钻孔灌注桩施工对周边土体基本无扰动，施工技术成熟，施工质量易于控制；

（3）高压旋喷桩作为附加安全措施，对外围钻孔灌注桩桩间土及以外2m范围内进行土体加固，避免道路填方施工过程中对钻孔灌注桩桩间土的扰动，高压旋喷桩的施工应在钻孔灌注桩施工完成之后进行，避免施工过程中对铁塔周边土体的扰动，该措施在软土地区有较广泛成熟的应用。

参考文献：

[1]建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012），中国建筑工业出版社，2012。

[2]潘昊（1986-），男，浙江杭州人，大学本科，工程师，从事城市道路工程设计工作。