（国网浙江杭州市萧山区供电公司 浙江萧山 311201）
摘要：西藏高海拔草原沼泽地质输电线路基础施工在草原冻土融化后，基础开挖过程积水严重，施工机械不能进入，草场环境破坏严重。为解决西藏高海拔草原沼泽地输电线路基础施工的实际问题，考虑到螺旋锚基础诸多优点，浙江省电力公司援藏那曲对口帮扶工作组在那曲新一轮农网改造升级工程草原沼泽地质中对螺旋锚基础应用做了积极研究与探索，螺旋锚基础应用的上拔、下压、水平荷载试验数据完全满足国标要求，为将来西藏高海拔草原沼泽地质螺旋锚基础应用的施工积累了宝贵经验。
关键词：西藏；高海拔；草原沼泽地质；螺旋锚基础；研究；探索
一、螺旋锚基础应用的目的和意义
西藏高海拔草原沼泽地质输电线路基础型式均为传统的大开挖阶梯式基础，在基础施工过程中，基坑开挖困难，需要大量的人力物力投入方可挖至设计深度，施工进度慢，因基坑开挖产生的大量余土无法处理，同时因施工降水不得不同时用多台水泵向草原排水，对草原环境破坏非常严重，加大了施工及赔偿费用。
随着电网建设的发展，输电线路基础需要采用先进的基础型式，尽量做到不开基面或少开基面，减少土石方量和混凝土量，节省投资，保护自然植被，减少水土流失。螺旋锚是一种创新型环保基础，是由锚杆、锚板、上部平台等组成，利用深层土体抗力的锚固结构。施工时不必开挖基坑，通过螺旋杆施加扭矩，将螺旋锚板旋拧至较深土体中，对土体的扰动小，能充分发挥原状土体固有强度，提高承载能力。螺旋锚具有加工简单、安装和施工方便、钻进速度快且发挥承载能力快，能大幅度缩短工期、降低工程造价，对环境破坏小、承载力高、变形小等优点，螺旋锚基础在这些方面具有得天独厚的优势。
1.1 应用实例
近年来，国内各地也都开展了螺旋锚的试验研究，并用于输电线路基础，如辽宁电力勘测设计院在营口、盘锦、丹东等地220千伏及66千伏线路的水田、沼泽地区，采用了螺旋锚基础，河南电力勘测设计院也进行了相关的研究工作，并用于500千伏线路工程。
输电线路螺旋锚基础符合创新型环保基础的特点，具有广泛的应用前景，但由于其设计方法不成熟，同时缺乏适合沼泽地区的施工机械，更由于螺旋锚基础对地质资料准确度要求高，不同的地质状况对应不同的螺旋锚基础型式，而输电线路点多面广，地质状况离散性大，因而在实际工程中应用较少。
西藏那曲草原冻土融化后，在基础施工过程中，因地下水异常丰富，渗透力强，加之沙质土质，导致基础开挖过程中积水严重，施工进度严重受阻。因基坑不断塌方，原设计基坑120m2，但在实际施工过程中，因地下水不断涌出，造成基坑不断塌方，基坑越挖越大，需采用数台水泵日夜不停的抽水，抽出的地下水不得不向对草原排放，对环境造成严重破坏。因基坑开挖出大量的泥土，占用草场，无法自然恢复。同时因施工扰动基底土体，影响承载力，需要较多的毛石垫层，增加了造价。整个施工场地占地达4至5亩，施工临时赔偿费用较高，且政策处理困难，施工进度更慢。
1.2螺旋锚应用的的意义
（1）控制工期与造价
杆塔基础作为输电线路的一个重要组成部分，其造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重，据有关资料统计：输电线路基础工程施工工期约占整个工期的50%，如遇地形、地质较差的地区，可占整个工期的70-80%，运输量占整个工程的60-70%，费用约占整个工程的30-40%，在沼泽的特殊地质条件下，其费用可占整个工程费用的50%以上，由此可见，在沼泽地区研究选择合适的基础方案并进行优化设计，将有效的缩短施工工期，降低整个工程造价。
（2）保护环境
输电线路工程建设中对环境保护问题愈加重视，不同的基础型式具有不同的特点，其承载能力、材料消耗、土石方量以及对环境的影响各不相同，采用好的基础型式减少电网建设对环境的破坏已突显重要性。
经过比较，沼泽地区采用螺旋锚基础是解决上述问题的最理想基础型式，采用螺旋锚基础后，采用工厂化加工、机械化施工，相比现在的基础型式，有以下意义：
（1）施工效率大大的提高，一天内可以完成一座基础施工。
（2）对草原环境进行了保护。
（3）施工造价降低了30%。
（4）不需采用接地，利用螺旋锚进行接地。
1.3螺旋锚基础设计技术推广的途径
依据试验数据，整理并完善已有的设计规程、规范，并开展以下方面的工作：
（1）线路地质勘察始终是个难题，在现有的技术及经济条件下无法做到逐级钻探，加之土质离散性大，如何准确掌握拟用螺旋锚塔位的地质状况，需要采用地质遥感、高密度电法、面波勘探等新型地质勘察手段，确定所在塔位的地质状况。
（2）充分利用、改装现有的施工设备，研制、开发螺旋锚安装专用施工设备，使螺旋锚安装时设备选择、调用较为方便，或与其它设备通用，使之成为常用设备，这样推广起来更为方便、顺畅。
（3）系列化开发螺旋锚产品与配套的零部件。
（4）加强螺旋锚技术的进一步发展与创新，及时解决工程实践的的新问题。
1.4螺旋锚基础应用后产生的效益
根据以往的工程经验，螺旋锚基础可产生直接经济效益和间接经济效益。
（1）直接经济效益就是缩短了工期和造价，与开挖基础和灌注桩基础相比，工期分别缩短80%和50%；造价降低了30%和60%。
（2）螺旋锚基础基本不挖土方或少挖土方，不破坏环境，不产生余土占地，不涉及余土占地赔偿，社会效益显著。
二、国内外螺旋锚基础设计技术应用现状
从20世纪50年代开始，螺旋锚逐渐在国外发展成为工程中的实用技术，早期原始的螺旋锚慢慢演变成今天标准化生产的螺旋锚。国外学者对螺旋锚基础进行了系统理论的研究，螺旋锚基础可标准化生产、机械化施工。近30 年来，在美国、加拿大、墨西哥、澳大利亚等国家的线路工程中已大量使用。
我国螺旋锚的引进与使用于20世纪90年代初，一些小型螺旋锚在煤巷支护领域开始应用，20世纪初，螺旋锚技术应用与基坑支护和输电线路铁塔基础。总体来看，在我国，水利、电力、建筑、煤炭等行业都开展了螺旋锚技术试验研究工作，但该项技术还处于推广初期，大规模的使用尚未开始。
2.1相关技术发展历史回顾
（1）辽宁省电力公司早在2001年已开始螺旋锚基础的试验研究。
（2）2011年，国家电网发布《架空输电线路螺旋锚基础设计技术规范》和《架空输电线路螺旋锚基础施工及质量验收规范》。
2.2国内外研究水平的现状和发展趋势
（1）螺旋锚基础在国外应用较为普遍，广泛应用在建筑行业中。
（2）螺旋锚基础在国内电力行业中应用较为保守，只在东北、内蒙古等地中应用过，并未大范围推广。在西藏、青海等高海拔地区从未进行运用。
（3）在青藏高原、浙江等地从未采用过螺旋锚装配式基础。
三、螺旋锚基础应用的研究
3.1理论依据
2011年国家电网公司发布《架空输电线路螺旋锚基础设计技术规范》和《架空输电线路螺旋锚基础施工及质量验收规范》。
3.2实践依据
在西藏新一轮农网升级改造工程中已进行螺旋锚基础的试验和理论研究探讨，采用传统基础出现难以解决的问题，需要采用新型基础加以解决。
3.3螺旋锚基础设计技术关键与难点
（1）能否采用螺旋锚基础，地质条件的判断最为重要，如何最迅速、最经济的判断所在塔位的地质状况，是本项目能否顺利实施的关键所在。
（2）根据试验总结归纳理论计算公式，修编规程规范，编制设计程序。
（3）在西藏受高海拔影响，试验及施工环境恶劣、施工条件困难。
（4）螺旋锚基础在国内没有统一的电力定额，需要测算所需的工日、机械台班等。
四、螺旋锚基础应用的探索
1.目前西藏那曲高海拔草原沼泽地质施工现状：
现在西藏那曲高海拔草原沼泽地质原输电线路基础设计型式均为大开挖阶式基础，在基础施工过程中，在草原冻土融化后，基础开挖过程积水严重，施工机械已不能进入，施工进度严重受阻。大开挖基础在开挖过程中，基坑不断塌方，现场抽水困难，现场施工场地占地约2亩，草场环境破坏严重。为解决西藏那曲草原沼泽地输电线路基础施工的实际问题，考虑到螺旋锚桩基础具有缩短工期、节约成本、保护环境、施工灵活等诸多优点，浙江省电力公司援藏那曲对口帮扶工作组在那曲地区聂荣110kV输变电工程沼泽地中对单根螺旋锚做了上拔、下压、水平荷载试验，试验数据完全满足《螺旋锚基础计算书》及《螺旋锚基础设计验算书》标准要求。
2.实试验方式及结果
实验采取单根锚杆进行试验，主要对单根螺旋锚做了上拔、下压、水平荷载试验。经试验，满足要求，详见下表。
（1）螺旋桩单桩承载力
根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的规定，计算出螺旋桩单桩承载力的抗压设计值均≤10KN，抗拉设计值均≤20即满足设计要求，而依据国家规范《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003的规定，须满足桩基础承载力特征值的安全系数为2，即单桩极限承载力的设计标准值大于传递到桩顶的荷载效应标准组合值的2倍。经过多地实测，采用能获得最大综合效益的1.5m~2.5m范围内的设计桩长，根据不同的地质条件下而有针对性设计的桩型在上述各地进行现场静载荷试验，获取螺旋桩单桩承载力均超过标准，确保了桩基承载力的安全储备满足现行设计规范要求。
（2）基础与上部支架连接的可靠性
螺旋桩通过紧固螺栓、对穿螺栓、法兰盘等多种型式，可以很方便地实现与上部各类支架的连接，并可伸缩调节立柱高度。作用在光伏支架上的荷载有自重、风荷载、雪荷载、温度荷载、地震荷载等，其中风荷载是主要的。在光伏电站的设计生命期里，风荷载具有作用频率高、作用方向不定的特点，因此无论是采用哪种方式与支架的连接，连接接头不仅要具有足够的抗拔抗压强度，还需具有抗摇晃的措施。设计水平荷载下的摇摆疲劳试验是验证螺旋钢桩与上部支架连接可靠性的有效手段。目前在工程中广泛使用的由诺斯曼能源首创的内插+紧固螺栓的连接方式，是通过60000次摇摆疲劳试验证明稳定有效的，足以承受超过20kN的轴心荷载，进一步确保了螺旋桩与上部支架连接系统的可靠性。
因此，浙江省电力公司援藏那曲对口帮扶工作组在西藏那曲高海拔草原沼泽地质中选择新一轮农网改造升级工程的杆塔基础进行螺旋锚基础应用的研究与探索，成功取得西藏高海拔草原沼泽地质螺旋锚基础应用的上拔、下压、水平荷载试验数据，为将来西藏高海拔草原沼泽地质螺旋锚基础应用的施工积累了宝贵经验。
参考文献：
[1]黄连壮、顾洪群、董天文等.架空输电线路螺旋锚基础设计技术规范Q/GDW584—2011.国网电网公司，2011.
[2]刘利平、黄连壮、顾洪群等.架空输电线路螺旋锚基础施工及质量验收规范Q/GDW585—2011.国网电网公司，2011.
作者简介：
秦维（1982-），男，江苏姜堰人，职称：高级工程师，学位：工程硕士，主要研究方向：电网建设。
论文作者:秦维
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/7
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