电缆通道地基处理应用研究

覃建华

摘要：结合电缆沟的实际运行荷载对电缆沟的地基承载力进行了计算，并针对常见的淤泥质土地质，比较了常规了三种电缆通道常见的地基处理方法：超挖换填，松木桩复合地基，水泥搅拌桩复合地基，对比了三种地基处理的计算方法，并对三种地基处理的适用情形及经济性给出了对比，供同类工程参考。

关键词：[电缆沟],[超挖换填],[松木桩],[水泥搅拌桩]

东莞地区中堂、洪梅、麻涌、茶山等多处地区地质较差，淤泥质土层较厚，基底淤泥质土难以做为电缆沟的持力层，电缆线路工程由于路径长，现场环境各异，存在多种不同的控制因素，如何选择线路工程最合适、经济性最好的地基处理型式，对电缆线路工程的安全性及经济性起着重要作用。常规电缆通道地基处理方式有：超挖换填、松木桩复合地基、水泥搅拌桩复合地基等方式。

1. 电缆通道基底压力

根据电缆沟实际运行情况，电缆沟的敷设环境通常为：绿化带下、人行道下、行车道下；电缆沟覆土深度通常为500mm，以常规电缆沟净宽1.6m，净深度1.8m，壁厚0.2m断面为例。下面对电缆沟基底压力值进行计算。

（1）考虑行车荷载，汽车荷载按《公路桥涵通用设计规范》I-I级公路最大行车荷载，单轮最大轮压值为70kN，折算为顶板荷载为59.83kN/m²。电缆沟基底压力:P=电缆沟自重+覆土自重+汽车荷载=110kN/m²。

（2）考虑人行道或绿化带，地面活荷载按20kN/m²。根据运行要求，非行车荷载一般要求电缆沟内部充填细砂，以满足电缆防火防盗要求。电缆沟基底压力：P=电缆沟自重+覆土自重+顶板活荷载+内部填沙自重=93.52kN/m²。电缆沟持力层若为淤泥质土，地基承载力取60kPa，根据[2]，考虑深度修正：宽度修正系数取0，深度修正系数取1.0。承载力特征值为：=60+（2.7-0.5）×13=88.6kPa（其中，土体平均重度按13kN/m³，地下水位按-1.35m）。

很明显，电缆沟持力层为淤泥质土的情况下，考虑行车荷载基底承载力超限24%，考虑人行道或绿化带时基底承载力超限5.5%，淤泥质土作为持力层基底承载力不满足电缆沟运行荷载需求，需要进行地基处理。

2.超挖换填

超挖换填：换填材料通常选用的是：砂石，其中碎石：砂的比例不小于3：7；砂石的最大粒径不宜大于50mm。换填的厚度一般按基底持力层下软弱土的深度及下卧土层的承载力确定，厚度宜为0.5m~3.0m。换填后的地基承载力不小于120kPa。

图1  超挖换填示意图

在实际工程中，换填宽度按压力扩散角计算，根据《建筑地基处理规范》[3]，扩散角根据插值计算，现假定换填深度为1.0m砂石。经插值计算，扩散角为28.2度，换填宽度=L+2×Htanθ=3.27m。

换填厚度应满足：换填后垫层底地基承载力不小于垫层底面压力。

50.35+43.10=93.45＜101.6，因此满足要求。

换填在鱼塘回填处理中往往能起到较好的作用，换填石块能快速挤淤，基底能快速达到作为持力层的条件，同时满足施工作业条件。但是常规开挖过程中，超挖换填往往需增加开挖深度，可能导致增加基坑开挖支护措施，进而导致支护工程量增加。

3.水泥搅拌桩复合地基

根据《建筑地基处理技术规范 JGJ79-2015》[3]，水泥搅拌桩一般用于地质情况为淤泥、淤泥质土、素填土等土层，水泥搅拌桩复合地基一般在电缆沟基底与水泥桩之间设置一层褥垫层，厚度可取200-300mm，褥垫层材料可用级配砂石等，级配砂石一般砂石比例为3：7，最大粒径不宜大于20mm。

   复合地基承载力特征值计算：

其中桩土面积置换率：

等边三角形布桩时，可取1.05s，正方形布桩时，可取1.13s，实际工程中，考虑施工方便，一般采用三角形梅花型布置以及正方形对称布置较为常见，矩形布桩时取1.13，其中S为桩间距。

图2  单桩地基处理等效圆示意图

为间桩承载力发挥系数，可取0.8-0.9。

其中为处理后桩间土的承载力特征值，无经验时，对非挤土成桩工艺可取天然地基承载力特征值，东莞地区淤泥质土的特征值一般取为60kPa，对挤土成桩工艺，黏性土可取天然地基承载力特征值，松散砂土、粉土可取天然地基承载力特征值的1.2倍至1.5倍。

为桩间土承载力发挥系数，无经验时，可取0.9-1.0。

其中增强体单桩竖向承载力特征值

根据《电力工程地基处理技术规程 DL-T5024-2020》[5]第10.2.11条

应在两者中取小值。

根据前述算例，水泥搅拌桩不穿透淤泥质土，按摩擦桩设计，水泥搅拌桩桩径设置为500mm，桩长为5m，，桩周第i层土的侧阻力特征值qsi（kPa），对淤泥质土可取6kPa～12kPa。下述算例桩侧阻力标准按淤泥质土取为8kpa，桩身强度折减系数η是一个与工程经验以及拟建工程的性质密切相关的参数。干法施工时η取0.2～0.25，湿法施工时η取0.25。本处取0.2。

下面以行车道下电缆沟地基处理后地基承载力为110kPa作为目标，对水泥搅拌桩地基处理进行计算。首先，水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值：

8×5=62.8kN

=0.2×25×3.14×500×500/4/1000=981.25kN

水泥搅拌桩桩身本体提供的承载力远远大于桩周土摩擦力提供的承载力。根据规范要求，两者取小值。

水泥搅拌桩按常规方形布置，则 =0.196

可得
 

故水泥搅拌桩桩间距S不大于1.44m。

在水泥搅拌桩复合地基处理中，同一土层中水泥的掺入比不同，水泥土的强度也不同，实际工程中可选用32.5或者42.5级水泥，水泥掺量可取7%-15%。以本工程为例，水泥掺量取15%，则水泥用量需不小于74kg/m，水灰比一般取0.45-0.55。水泥搅拌桩施工需要打桩机进场，对场地有一定要求，如果现场狭窄宽度受限，或者机械难以过场，周边有高压线等情形不适用于采用水泥搅拌桩地基处理。在特殊情况下，可以考虑采用高压旋喷桩，高压旋喷桩施工设备结构紧凑，体积小、机动性强，占地少，施工过程的扰动很小，噪声较低，对周边环境的影响较小；但实际工程中，高压旋喷桩施工费用比水泥搅拌桩贵1倍左右。

4.松木桩复合地基

松木有“水浸万年松”之说，松木桩适合在被水浸泡的环境下工作，松木桩地基处理在电力工程中也有广泛的应用，松木桩可以采用人工打入或者采用机械按压打入。与水泥搅拌桩不同，松木桩一般桩径为120mm，另外松木桩的承压强度与水泥不同，参考《木结构设计标准，GB5005-2017》[1]按TC13-B类，承压强度设计值为10N/mm²。

8×5=15.10kN

=0.2×10×3.14×120×120/4/1000=22.61kN

取单根松木桩的竖向承载力特征值为15.10kN。

根据上述公式

可得在达到110kpa地基承载力，松木桩的桩间距为不得大于0.68m。

实际施工过程中，松木桩一般长度4-5米较为普遍，长于5米较难采购，松木桩地基处理现场施工方便快捷，施工周期短，但是采用大量松木进行地基处理对环境有一定影响，不是一种环保材料，另外松木桩地基处理需要考虑防腐、防白蚁等措施。

5.地基处理方式对比

前面介绍了3种地基处理的方式，根据计算结果，对三种地基处理的造价做对比分析具体如下 ：

图3 不同地基处理方式 造价对比表

三种地基处理方式，松木桩价格最贵，每10米电缆沟地基处理费用为18180元，其次是水泥搅拌桩，每10米电缆沟地基处理费用为15970元，超挖换填的造价最低，费用为11550元。

6.结论

   三种地基处理措施适用于不同的通道环境，对于鱼塘、水田等环境，适合用抛石换填的方式进行地基处理；对于现场场地受限，大型施工器械难以进场的场地，建议采用松木桩进行地基处理；对于上部荷载过大，对沉降变形要求较高的工程建议采用水泥搅拌桩进行地基处理。

       松木桩由于桩长限制，一般4-5米左右，而水泥搅拌桩的桩长不受限制，可以适当加长桩长使桩端发挥承载力， 三种地基处理方式相比，松木桩造价最高，其次为水泥搅拌桩，采用换填的方式费用最低。不同工程的边界条件不一致，可能导致费用存在巨大差异，例如换填导致的开挖深度增加，可能导致增加额外的支护措施，文中对比结果仅供同类工程参考，具体工程应结合工程实际选用合适的地基处理方式。

参考文献

[1].GB5005-2017  木结构设计标准 [S].

[2].GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].

[3].JGJ79-2015建筑地基处理技术规范[S].

[4].李冕贵.木桩复合地基在电缆沟等构筑物的应用[J].广东土木与建筑,2018,25(11):17-20.

[5]DL-T5024-2020  电力工程地基处理技术规程[S].

[作者简介]:

覃建华（1991-），男，工程师，硕士研究生，主要从事输电线路结构设计研究工作

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