送電線路鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)和應(yīng)用

孫巖 馮麗 馬強(qiáng)

【摘 要】鉆孔灌注樁的應(yīng)用，設(shè)計(jì)方法做以簡(jiǎn)述，著重闡述了其承載力。穩(wěn)定性及強(qiáng)度的計(jì)算方法，解決設(shè)計(jì)難點(diǎn)，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要明了。

【關(guān)鍵詞】輸電線路、灌注樁

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM621.5【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0370-02

一、鉆孔灌注樁的應(yīng)用

送電線路基礎(chǔ)中，在正常地質(zhì)條件下，普遍采用“大開(kāi)挖”式現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)，但在軟弱地基或跨河中普遍采用鉆孔灌注樁以保證送電桿塔安全。

二、鉆孔灌注樁的適用條件

送電線路桿塔處于下列位置時(shí)必須使用鉆孔灌注樁：

處于地下水位高的易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的粉砂、細(xì)砂和軟塑、流塑狀態(tài)的粘性地基的塔位；

處于設(shè)計(jì)洪水位高且有漂浮物危害的跨河段塔位。

三、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目

1.承受上拔力的單樁，計(jì)算樁的抗拔穩(wěn)定性，并使樁頂處的設(shè)計(jì)上拔力T不大于單樁的允許上拔力[Ta]；

2.承受下壓力的單樁，計(jì)算樁的下壓承載力，使樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)下壓力N不大于單樁的允許下壓力[Na]，還應(yīng)作凍切力的上拔穩(wěn)定計(jì)算；

3.承受水平力和彎矩的單樁，計(jì)算樁身的最大彎矩Mmax及其作用位置Z以及樁側(cè)向的最大土壓力σz（max），并使其不大于側(cè)向上的容許承受力[σz]；

4.樁身的正截面強(qiáng)度應(yīng)按圓形偏心受拉或偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。

四、設(shè)計(jì)步驟

1.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要資料

水文地質(zhì)資料：220kV及其以下線路30年一遇的最高洪水位為設(shè)計(jì)洪水位，洪水期間局部沖刷深度及水的縱向平均流速；

工程地質(zhì)資料：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)深度各土層內(nèi)土的物理力學(xué)特性，包括天然容重、天然含水量、天然孔隙比、容許承載力R，凝聚力以及內(nèi)摩阻角；

基礎(chǔ)作用力

設(shè)計(jì)最大風(fēng)速時(shí)基礎(chǔ)上拔力（T）、下壓力（N）及風(fēng)荷載（Hxy）；

設(shè)計(jì)最高洪水時(shí)，取與最大風(fēng)速時(shí)的條件組合

基礎(chǔ)作用力取最大風(fēng)速時(shí)的0.75倍

動(dòng)水壓力Qw=0.75KwγwUwD0/2g（KN/m）

Kw 基形系數(shù) 圓形取0.8

γw 水的容重 一般取10（KN/m3）

U w 水的縱向平均流速（m/s）

g 重力加速度取9.81（m/s）

漂浮物沖擊力Qw=Uw/gt （KN）

W 設(shè)計(jì)漂浮物重力（KN）

關(guān)于撞擊時(shí)間 一般取1秒

2.基礎(chǔ)型式

U 樁身截面的周長(zhǎng)（m）

Τp 樁周土單位面積的加權(quán)平均極限摩阻力（KN/m2）

A 樁身截面的面積（m）

Σr 樁周土單位面積的極限承載力（KN/m2）

Q 設(shè)計(jì)地面以上樁身有效重力加上樁徑不小于1.0m時(shí)，設(shè)計(jì)地面以下樁身之半的重力（KN）

K1基礎(chǔ)穩(wěn)定設(shè)計(jì)安全系數(shù)

容許上拔力[Ta]=（аb Uhτp+ Qf）/K1≥T

Аb 樁周土極限摩阻力的上拔折減系數(shù) 取0.6-0.8

Qf 樁身有效重力（KN）

凍切穩(wěn)定性驗(yàn)算

埋置于季節(jié)性凍土中的受壓樁基礎(chǔ)，尚應(yīng)按下式驗(yàn)算樁身受凍切力

作用的穩(wěn)定性

τtAt≤[Ta]

τt 季節(jié)性凍土層中，樁周土的凍切力（KN/m）

At 季節(jié)性凍土層中，樁的側(cè)表面積At=πD0Z0（m）

Z0 標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度，鐵嶺境內(nèi)取1.35m

4.樁穩(wěn)定驗(yàn)算

驗(yàn)算最大洪水時(shí)的情況

計(jì)算參數(shù)

4.1基樁的計(jì)算寬度b

當(dāng)樁基直徑D0>1.0m時(shí)，b=0.9（D0+1.0）

當(dāng)樁基直徑D0≤1.0m時(shí)，b=0.9（1.5D0+0.5）

變形系數(shù)αm

M 樁側(cè)上的側(cè)向比例系數(shù)

EI 樁的抗彎鋼度，直線塔EI=0.8EhI 轉(zhuǎn)角終端塔EI=0.667 EhI

Eh 混凝土的彈性模量

I 樁截面的慣性矩I=πD0 /64

局部沖刷線處的樁身內(nèi)力

由受力分析可知，樁身受水平力有風(fēng)荷載Hxy、動(dòng)力壓力Qw及漂浮物沖擊力Qw，根據(jù)理論力學(xué)原理可得：

切力Q0=Hxy+Qw+Qm

彎矩m0=Hxy（h0+ht）+ Qm（h0+ht）+ Qm（h0+ht）

4.2計(jì)算樁的最大彎矩Mmax和最大上壓力（бz）max及其位置z

根據(jù)《基礎(chǔ)規(guī)程》，按照m簡(jiǎn)捷法計(jì)算規(guī)定，可計(jì)算出

求Mmax 根據(jù)αm=M0/Q0=CI由《基礎(chǔ)規(guī)程》附表B.7和B.8查對(duì)應(yīng)的αmZ和CII，可求出Mmax=M0CII及其位置Z

求（бz）max 根據(jù)αm=M0/Q0=CIv由《基礎(chǔ)規(guī)程》附表B.10和B. 11查對(duì)應(yīng)的αmZ和Cv，可求出（бz）max=αmQ0Cv /b及其位置Z

5.橫向穩(wěn)定驗(yàn)算

（бz）max應(yīng)符合下列條件

當(dāng)（бz）max的位置≤（h-h0）/3時(shí)

（бz）max≤4（γZtgφ+C）/K1COSφ

當(dāng)（бz）max的位置>（h-h0）/3時(shí)

（бz）max≤4（γ（h-h0）tgφ/3+C）/K1COSφ

φ 樁側(cè)上的內(nèi)摩阻角

C 樁側(cè)上的凝聚力（KN/m2）

Z 最大上壓力處自局部沖刷線算起的深度（m）

γ 樁側(cè)上的有效容量（KN/m3）

K1 設(shè)計(jì)安全系數(shù)

6.樁身強(qiáng)度驗(yàn)算

也即樁身配筋驗(yàn)算。根據(jù)材料力學(xué)原理，可知，送電線路中應(yīng)用的鉆孔灌注樁屬于偏心受力構(gòu)件，因此，其受拉樁和受壓樁強(qiáng)度分別按圓形偏心受拉和偏受壓構(gòu)件計(jì)算。

受拉樁：由于在送電線路中的受拉樁的偏心矩е0>гg/2，根據(jù)力學(xué)原理，屬于圓形大偏心受拉構(gòu)件，則其圓形正截面的縱向鋼筋的截面積總和Ag，可按下式計(jì)算：

Ag=α1AhRw/Rg

Ah 計(jì)算截面的混凝土面積（m）

Rw 混凝土的彎曲抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度（KN/m）

α1 可根據(jù)П1和е0查《圓形截面配筋α1系數(shù)圖表》查得，其中：

П1=K4T0/ AhRw

е0=M0/T0

Rg 鋼筋抗拉得設(shè)計(jì)強(qiáng)度（KN/m2）

受壓樁：按圓形偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，其大小偏心可按下列方法判別：

當(dāng)α≤0.5時(shí)，為圓形大偏心受壓構(gòu)件

當(dāng)α<0.5時(shí)，為圓形小偏心受壓構(gòu)件

當(dāng)樁身為圓形大偏心受壓構(gòu)件時(shí)，其縱向鋼筋截面面積之和Ag為

Ag=α1（Ah Rw/Rg）

α 由β=е0/D0和П1=K4T0/ AhRw查《送電設(shè)計(jì)手冊(cè)》“圓形截面偏心構(gòu)件用П1值”表可得

當(dāng)樁身為圓形小偏心受壓構(gòu)件（α>0.5）時(shí)，其Ag應(yīng)符合下式：

K4N（е+гg） ≤（Ah Ra+η1RgAg）гg

η1 當(dāng)е0≥гg時(shí) η1=2/3

當(dāng)е0=0時(shí) η1=1.0

當(dāng)е0<гg時(shí) η1=1-е0/3гg

е0 縱向力對(duì)截面重心的偏心矩

Ra 混凝土的軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度（KN/m2）

Rg 鋼筋抗拉強(qiáng)度（KN/m2）

Гg 鋼筋與樁軸心的距離（m）

K4 鋼筋混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù)

N 下壓力

五、計(jì)算分析

1.單樁的容許承載力：受壓樁由樁側(cè)上的摩阻力、樁端上的承載力和樁身的幾何尺寸決定，受拉樁由樁側(cè)上的摩阻力和樁自身重力決定，隨著它們?cè)龃蠖龃?。?dāng)樁端承載力較大時(shí)，下壓樁可以減少如土深度或樁直徑，當(dāng)樁端嵌入中等風(fēng)化巖3d時(shí)，可不計(jì)摩阻力的影響；而當(dāng)樁端上的承載力較小時(shí)，應(yīng)增大如土深度或樁直徑，容許下壓力主要由摩阻力來(lái)完成。

2.單樁的橫向穩(wěn)定性：主要由樁側(cè)上的內(nèi)摩阻角（φ）和凝聚力（C）和樁身剛度決定。樁身的抗彎剛度EI越大，則所需的最大上壓力就越大，而樁側(cè)上的內(nèi)摩角（φ）和凝聚力（C）越大，則提供給樁身的上壓力就越大，穩(wěn)定性就越好。

3.樁身強(qiáng)度：主要由配筋率和鋼筋混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度決定?！豆嘧兑?guī)程》允許范圍內(nèi)，配筋率越大，樁身強(qiáng)度大；而鋼筋和混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度取得越高，同樣條件下，所需配筋率可以減少。

參考文獻(xiàn)

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