陡峭山區(qū)輸電線路新型子母基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

徐 彬，曾二賢，白 強(qiáng)，胡 超

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071)

陡峭山區(qū)輸電線路新型子母基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

徐 彬，曾二賢，白 強(qiáng)，胡 超

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071)

針對(duì)陡峭山區(qū)傳統(tǒng)掏挖基礎(chǔ)頂面水平位移難以滿足要求的問題，結(jié)合工程實(shí)際，本文提出了新型子母基礎(chǔ)型式。作為一種全新的基礎(chǔ)型式，本文對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探索，并對(duì)其適用條件、經(jīng)濟(jì)性和施工注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，新型子母基礎(chǔ)受力良好，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)，建議推廣應(yīng)用。

陡峭山區(qū)；子母基礎(chǔ)；輸電線路。

隨著我國(guó)電力建設(shè)的快速發(fā)展，輸電線路走廊越來越緊缺，山區(qū)輸電電路大多位于海拔較高、地勢(shì)陡峭的地區(qū)，塔位條件越來越惡劣?，F(xiàn)有常規(guī)設(shè)計(jì)往往采用鐵塔全方位長(zhǎng)短腿與不等高基礎(chǔ)的配合，可以一定程度上避免施工大量開方而出現(xiàn)的高邊坡問題。但是基礎(chǔ)主柱懸臂露高過大，基礎(chǔ)頂端位移變形很大，難以滿足設(shè)計(jì)安全和施工的要求。

針對(duì)上述傳統(tǒng)方法存在的問題，結(jié)合工程實(shí)際，本文提出了一種新型子母基礎(chǔ)型式，對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探索，并對(duì)其適用條件、經(jīng)濟(jì)性和施工注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析，以期能夠有效控制基礎(chǔ)頂端位移的同時(shí)，克服經(jīng)濟(jì)性差和施工難度大的缺點(diǎn)。

1 子母基礎(chǔ)方案的提出

當(dāng)?shù)匦味盖蜁r(shí)，由于鐵塔減腿不夠，為了減少開方，與鐵塔相連的基礎(chǔ)主柱必須增加露高才能滿足要求。然而，當(dāng)主柱露高太大時(shí)，將因偏心彎矩的增大導(dǎo)致母基礎(chǔ)主柱截面和鋼筋量都很大。

為適應(yīng)陡峭地形，近年來國(guó)內(nèi)提出了許多解決方案但存在一些缺點(diǎn)，未能廣泛應(yīng)用。

子母基礎(chǔ)是一種帶連梁的框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)體系，與鐵塔塔腿相連的常規(guī)掏挖基礎(chǔ)稱之為“母基礎(chǔ)”，在母基礎(chǔ)和中心樁連線上一定位置設(shè)置的輔助的構(gòu)造掏挖基礎(chǔ)稱之為“子基礎(chǔ)”，子基礎(chǔ)和母基礎(chǔ)通過連梁連接形成框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)體系，整個(gè)系統(tǒng)稱之為“子母基礎(chǔ)”。子母基礎(chǔ)的示意圖見圖1。

圖1 子母基礎(chǔ)示意圖

2 子母基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算假定

子母基礎(chǔ)整理按照結(jié)構(gòu)力學(xué)中框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載分配，見圖2。子母基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)體系中，遵循如下假定：

(1)母基礎(chǔ)通過地腳螺栓或插入式角鋼與上部輸電塔鋼桁架相連接，直接承受輸電塔傳遞過來的上部荷載。

(2)母基礎(chǔ)主要承擔(dān)豎向基礎(chǔ)作用力。

(3)構(gòu)造子基礎(chǔ)和主平面支撐連梁主要承擔(dān)水平基礎(chǔ)作用力。

(4)子基礎(chǔ)提供約束剛度，假定為支座。

圖2 子母基礎(chǔ)協(xié)同受力示意圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

子母基礎(chǔ)主要組成部分為母基礎(chǔ)、子基礎(chǔ)和連梁，應(yīng)分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2.1 母基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于母基礎(chǔ)主要承擔(dān)豎向基礎(chǔ)作用力，因此母基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)主要計(jì)算基礎(chǔ)的上拔和下壓承載力，其計(jì)算方法與普通掏挖基礎(chǔ)一致。

2.2.2 子基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

子基礎(chǔ)主要承受由連梁傳遞而來的水平力，在整個(gè)體系中主要扮演著支座的角色，以約束母基礎(chǔ)的頂端位移。因此子基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮如下幾個(gè)方面：

(1) 子基礎(chǔ)的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算。

(2)子基礎(chǔ)的水平承載力及位移計(jì)算，按照剛性樁進(jìn)行計(jì)算。

(3)子基礎(chǔ)計(jì)算注意事項(xiàng)和構(gòu)造要求。

2.2.3 連梁設(shè)計(jì)

連梁主要依據(jù)我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等進(jìn)行截面驗(yàn)算和鋼筋計(jì)算，同時(shí)構(gòu)造要求應(yīng)滿足上述規(guī)范要求。

為了保證連梁和基礎(chǔ)的可靠連接，可在連梁與母基礎(chǔ)和子基礎(chǔ)相連接處采用加腋加強(qiáng)處理等其他構(gòu)造措施。

3子母基礎(chǔ)的適用條件

為得到子母基礎(chǔ)的適用性，需進(jìn)一步對(duì)常規(guī)基礎(chǔ)露高與基礎(chǔ)地面處水平位移的關(guān)系進(jìn)行分析。根據(jù)我國(guó)《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要求，常規(guī)掏挖基礎(chǔ)地面處水平位移限值為10 mm。以某500 kV輸電線路工程為例，利用有限元軟件ABAQUS對(duì)常規(guī)基礎(chǔ)進(jìn)行了三維建模分析，見圖3。

圖3 常規(guī)掏挖基礎(chǔ)數(shù)值分析示意圖

分析的參數(shù)為：基礎(chǔ)水平合力：H＝310 kN，基礎(chǔ)直徑為1.8 m，基礎(chǔ)埋深7 m?；A(chǔ)混凝土采用線彈性本構(gòu)，參數(shù)按C25取值。土體屈服準(zhǔn)則采用Mohr－Coulomb準(zhǔn)則。材料參數(shù)見表1。

表1 材料參數(shù)

通過數(shù)值建模計(jì)算，圖4為基礎(chǔ)不同露高值情況下的基礎(chǔ)地面水平位移值。

從圖4可知，當(dāng)基礎(chǔ)露高不超過3 m時(shí)，常規(guī)掏挖基礎(chǔ)的位移可以滿足要求。當(dāng)基礎(chǔ)露高大于3 m并小于5 m時(shí)，常規(guī)掏挖基礎(chǔ)無法滿足位移要求，工程中常見的是設(shè)計(jì)特殊基礎(chǔ)，即加大基礎(chǔ)截面并增加埋深，特殊基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性并不好。當(dāng)基礎(chǔ)露高大于5 m時(shí)，基礎(chǔ)地面處的水平位移達(dá)到限值的2～3倍，特殊基礎(chǔ)的截面和埋深將大幅增加，經(jīng)濟(jì)性較差，此時(shí)可以考慮采用子母基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

圖4 不同露高下的基礎(chǔ)地面水平位移值

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 計(jì)算條件

為了考察子母基礎(chǔ)體系的經(jīng)濟(jì)性，以某500 kV輸電線路工程某基塔為例，扣除基礎(chǔ)地面以下的變形，假定地面基巖處為上部懸挑部分的剛性約束點(diǎn)，力學(xué)計(jì)算模型見圖4。

基本輸入?yún)?shù)如下：豎向壓力：N＝1698 kN；水平合力：H＝374 kN；混凝土材料：C25；鋼筋材料HRB400。為便于分析，同時(shí)對(duì)常規(guī)掏挖基礎(chǔ)進(jìn)行了分析計(jì)算。

4.2計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算分析，子母基礎(chǔ)尺寸：母基礎(chǔ)直徑D＝1.8 m，L1＝6.7 m；子基礎(chǔ)直徑D1＝1.2 m，L3＝1.8 m；連梁寬×高＝0.6 m×1.3 m，連梁長(zhǎng)度5 m，其計(jì)算結(jié)果與常規(guī)基礎(chǔ)的計(jì)算結(jié)果的比較見圖5。由圖5可以看出，子母基礎(chǔ)相對(duì)于常規(guī)掏挖基礎(chǔ)而言，混凝土量節(jié)省約17.1%，鋼筋節(jié)省約24%，土方節(jié)省約23%，經(jīng)濟(jì)性較好。

圖5 子母基礎(chǔ)與常規(guī)基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性比較

5 施工方案

子母基礎(chǔ)施工流程為基礎(chǔ)分坑、土石方施工、基坑操平找正、鋼筋綁扎、試塊制作、塌落度檢查、模板工程、地螺找正、混凝土攪拌、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)、拆模、基坑回填等步驟。

子母基礎(chǔ)施工注意事項(xiàng)如下：

(1)桿塔基礎(chǔ)在澆制前應(yīng)全面復(fù)測(cè)，核對(duì)桿塔中心位置與相對(duì)距離、高差是否對(duì)設(shè)計(jì)相符，對(duì)基礎(chǔ)型式、根開尺寸、地腳螺栓間距、方向、規(guī)格等各部核對(duì)無誤方可開澆。

(2)母基礎(chǔ)和子基礎(chǔ)以及連梁的相對(duì)位置關(guān)系應(yīng)正確，在定位確定前嚴(yán)謹(jǐn)開挖。

(3)澆制基礎(chǔ)前施工人員應(yīng)會(huì)同現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員一起對(duì)澆制基礎(chǔ)的鋼筋規(guī)格、數(shù)量進(jìn)行全面的檢查驗(yàn)收。該項(xiàng)目為澆制基礎(chǔ)的質(zhì)量見證點(diǎn)。

(4)先進(jìn)行母基礎(chǔ)的開挖，后進(jìn)行子基礎(chǔ)的開挖，基礎(chǔ)開挖時(shí)盡量不要開方，以免擾動(dòng)子基礎(chǔ)周圍土體。

6 主要結(jié)論

通過提出陡峭山區(qū)新型子母基礎(chǔ)型式，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究，主要得出如下結(jié)論：

(1)新型子母基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由母基礎(chǔ)、子基礎(chǔ)和連梁三部分組成。

(2)新型子母基礎(chǔ)能夠最大程度減少了母基礎(chǔ)頂部位移，有效降低母基礎(chǔ)的偏心彎矩，減少混凝土用量。

(3)新型子母基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一般的結(jié)構(gòu)力學(xué)和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。

(4)當(dāng)基礎(chǔ)露高大于5 m時(shí)，基礎(chǔ)地面處的水平位移達(dá)到限值的2～3倍，特殊基礎(chǔ)的截面和埋深將大幅增加，經(jīng)濟(jì)性較差，此時(shí)可以考慮采用子母基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

(5)與傳統(tǒng)掏挖基礎(chǔ)相比，子母基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性較好，建議推廣應(yīng)用。

(6)子母基礎(chǔ)在施工時(shí)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)措施保證施工質(zhì)量。

[1] 杜國(guó)良，鄭衛(wèi)鋒，劉偉．帶翼板挖孔樁基礎(chǔ)在陡峭山區(qū)的應(yīng)用研究[C]//第四屆全國(guó)架空輸電線路技術(shù)交流研討會(huì)論文集，2013．

[2] 魯先龍，程永鋒，乾增珍．輸電線路斜坡地形原狀土基礎(chǔ)抗拔計(jì)算理論研究[J]．電力建設(shè)，2009，30(2)．

[3] 郭曉俊．原狀土基礎(chǔ)在山區(qū)輸電線路中的應(yīng)用[J]．云南電力技術(shù)，2010，39(5)．

[4] 曾二賢，等．山區(qū)輸電線路的環(huán)保設(shè)計(jì)和措施研究綜述[J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2014，(1)．

[5] GB 50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[6] GB 50011－2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[7] DL/T 5219－2014，架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S]．

Design of New Child-mother Foundation of Transmission Line in Precipitous Mountain Area

XYU Bin, ZENG Er-xian, BAI Qiang, HU Chao
(Central Southern China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group, Wuhan 430071, China)

For top horizontal displacement of conventional shaft foundation in precipitous mountains difficult to satisfy the requirements, combined with the engineering practice, this paper presented a New Child-Mother Foundation. As a new foundation type, this paper explored the structural characteristics plus the structural design method, and carried on the applicable condition and economic analysis plus matters needing attention in construction. The results showed that the forced performance and the economy of the New Child-Mother Foundation were good, and thus this paper suggested the popularization and application. of this foundation.

precipitous mountain area; child-mother foundation; transmission line.

TU75

：B

：1671-9913(2017)01-0055-04

2015-11-12

徐彬(1978- )，男，湖北洪湖人，碩士，工程師，從事輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究工作。