110kV輸電線路工程群樁基礎優(yōu)化設計

【摘要】本文以某110kV輸電線路工程為設計背景，開展了群樁基礎的優(yōu)化設計。規(guī)劃設計了不同樁數(shù)、樁徑及平面布置的基礎形式，對比混凝土、鋼材用量和基礎占地面積。對比結果顯示選擇9根0.6m的樁，混凝土及鋼材用量最少且基礎占地面積最小。

【關鍵詞】輸電線路工程；群樁基礎；優(yōu)化設計；樁徑；樁數(shù)

1、前言

樁基礎是建筑物和高聳構筑物的一種重要基礎形式，在土木工程領域得到了廣泛的運用，近50年來，樁基礎一直是地基基礎或巖土工程中研究的熱點問題之一[1]。群樁基礎通常由承臺、樁群組成，受荷載作用時，承臺、樁群與土形成一個相互作用、共同工作的體系，其變形和承載力均受相互作用的影響[2]。但由于樁土共同作用的復雜性，需要多方面考慮，深入分析[3]。特別是對于斜向何在作用下群樁的工作性狀分析，無論從理論上還是試驗上，目前都處于探索階段。斜向何在作用下群樁工作特性的現(xiàn)場足尺試驗需耗費大量的人力、物力和時間。長期以來，由于對復雜荷載作用下群樁的工作性能了解不多，給設計帶來了一定的困難。在設計時，為了安全起見，不得不采用加大樁徑、提高混凝土強度、提高配筋率等手段，使設計帶有一定的盲目性，造成了不必要的浪費[4]。群樁效應主要表現(xiàn)在對樁基承載力和沉降的影響上。群樁基礎承載力和沉降與土的性質、樁長、樁距、樁數(shù)的平面排列和承臺尺寸大小等因素有關?，F(xiàn)通常認為當樁間中心距離不小于6b1 （b1為單樁的計算寬度）時，可不考慮群樁效應。我國《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94-2008）[5]（以下簡稱《樁基規(guī)范》）中有關于群樁基礎的相關計算方法。本文以某條110kV四回輸電線路為背景，開展了群樁基礎的優(yōu)化設計，對比不同樁數(shù)、樁徑及平面布置，并選出合理的樁基形式。

2、理論基礎

2.1樁頂作用效應計算

我國《樁基規(guī)范》中有關于樁頂荷載效應的計算。計算假定承臺是剛性的；各樁的剛度相同；x、y軸為樁基平面的慣性主軸。

3.2材料參數(shù)

基礎中樁、承臺混凝土等級為C25，混凝土軸向抗壓強度為11.9MPa，軸向抗拉強度為1.27MPa。主筋等級為HRB335，箍筋等級為HPB235，鋼筋彈性模量為2.0×105MPa，受拉鋼筋設計強度為300MPa。樁側阻力分項系數(shù)和樁端阻力分項系數(shù)分別為1.60，承臺底土阻抗力分項系數(shù)為1.60。在計算多樁承臺時未考慮各樁之間的相互影響作用，樁主筋保護層厚度為60mm，承臺或連梁主筋保護層厚度為70mm。

3.3優(yōu)化設計結果

對于低樁承臺基礎，樁徑的大小與樁的布置形式直接影響混凝土、鋼材的用量及基礎占地面積。因此，選取合適的樁徑及合理的樁布置形式是整塔設計的主要內(nèi)容。本文采用樁基礎分析軟件對不同樁徑、布置的樁基進行優(yōu)化分析計算。通過分析計算可知：（1） 樁徑為0.6m時，若采用4根樁布置形式會使得樁長達到33m以上，細長樁的施工難度大，施工質量難以保證，且不利于樁體的整體受力，所以選用9根樁布置的形式。（2） 樁徑為0.8m時，4根樁與9根樁布置形式均能滿足設計要求。（3） 樁徑為1.0m、1.2m、1.4m時，若選用9根樁布置形式會使得承臺尺寸偏大，所以選用4根樁布置較為合理。兩基塔的優(yōu)化設計對比結果如下表所示，混凝土及鋼材用量與樁徑的關系如圖2～圖3所示。

4、結論

根據(jù)上述優(yōu)化分析結果可得結論如下：

（1）隨著樁徑的增大，混凝土及鋼材用量整體呈逐漸增加的趨勢，局部有降低的趨勢；

（2）隨著樁徑的增大，承臺尺寸逐漸增大；

（3）選用4根直徑為1m以上的樁時，混凝土及鋼材用量偏大，且基礎占地面積較大；

（4）選用9根直徑為0.8m的樁時，混凝土及鋼材用量較大，且基礎占地面積偏大；

（5）綜合考慮混凝土及鋼材用量及基礎占地等因素的影響，建議選用9根直徑為0.6m的樁，且該基礎的群樁效應更加明顯。

參考文獻

[1]何思明，郭強，盧國勝.單樁沉降計算理論研究[J].巖土力學與工程學報，2004，23（4）：688-694.

[2]陳國興，樊良本等.基礎工程學[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[3]秦力，王麗歡，陳柄君等. 豎向荷載下鉆孔灌注樁單樁的數(shù)值模擬分析[J].東北電力大學學報，2011，31（5/6）：72-76.

[4]黃晉.斜向受荷樁工作性狀試驗與數(shù)值模擬分析研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學，2009.

[5] JGJ94-2008 建筑樁基技術規(guī)范 [S].

[6] GB50010-2002 混凝土結構設計規(guī)范 [S].