基礎(chǔ)型式選擇及優(yōu)化

郭哲

國(guó)網(wǎng)漯河供電公司 河南 漯河 462000

正文：

1 基礎(chǔ)選型意義

1.1 控制工程造價(jià)

基礎(chǔ)工程是輸電線路工程體系的重要組成部分，費(fèi)用約占整個(gè)工程本體造價(jià)的15%～25%。選擇合適的基礎(chǔ)方案并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將有效降低整個(gè)工程造價(jià)。

1.2 線路安全運(yùn)行

送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣關(guān)系整條線路的安全運(yùn)行，一旦某基礎(chǔ)出現(xiàn)塌陷、拔出等安全事故，整條線路運(yùn)行將面臨癱瘓。因此，針對(duì)不同的基礎(chǔ)負(fù)荷、地質(zhì)及地形條件因地制宜選擇基礎(chǔ)型式能為線路的安全運(yùn)行提供必要的保障。

1.3 環(huán)境保護(hù)

不同的基礎(chǔ)型式具有不同的特點(diǎn)，承載能力、材料耗量、土石方量以及對(duì)環(huán)境的影響等各不相同，需要因地制宜選擇基礎(chǔ)型式，減小工程對(duì)環(huán)境的影響。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容

2.1 桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本要求

桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求在規(guī)程規(guī)定的各種工況下必須保證穩(wěn)定，即使在某些異常情況下也應(yīng)具有一定的可靠性水平，并且在外荷載作用下，桿塔基礎(chǔ)不能產(chǎn)生可能造成桿塔承載力嚴(yán)重下降的變形。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

桿塔基礎(chǔ)作用力包括豎向力、水平力以及由此產(chǎn)生的傾覆力矩等，桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括上拔穩(wěn)定、下壓穩(wěn)定、傾覆穩(wěn)定和基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

（1）上拔穩(wěn)定性?；A(chǔ)上拔穩(wěn)定性就是計(jì)算桿塔基礎(chǔ)抵抗上拔荷載的能力，工程上多采用剪切法和土重法。（2）下壓穩(wěn)定性?；A(chǔ)下壓穩(wěn)定性就是計(jì)算基礎(chǔ)承受下壓荷載的能力，要求基礎(chǔ)底板下的地基應(yīng)力不超過地基土的允許承載力。（3）傾覆穩(wěn)定性?；A(chǔ)傾覆穩(wěn)定性是計(jì)算基礎(chǔ)抵抗傾覆荷載作用的能力，要求基礎(chǔ)能夠在被動(dòng)土抗力產(chǎn)生的平衡力矩作用下保持穩(wěn)定。（4）基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)強(qiáng)度設(shè)計(jì)即基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，它要求基礎(chǔ)與桿塔的連接、基礎(chǔ)本體的各個(gè)截面和部位都安全可靠，保證桿塔的作用力通過基礎(chǔ)傳遞至地基。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素

（1）荷載：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)主要的荷載變量不僅是各荷載的方向、大小，還要考慮荷載的分布和偏心程度等。（2）水文、地質(zhì)條件：基礎(chǔ)的水文、地質(zhì)條件包括塔位處的地形地貌、地基土物理力學(xué)性質(zhì)、地下水位情況等。（3）地基的承載特性：根據(jù)基礎(chǔ)傳遞荷載的工作機(jī)理，考慮基礎(chǔ)和地基土是否有可能出現(xiàn)潛在的破壞面，實(shí)際的荷載分布情況，地基土的特性及基礎(chǔ)材料。（4）變形：地基－基礎(chǔ)－桿塔是相互聯(lián)系成一個(gè)整體來共同承擔(dān)荷載的，當(dāng)?shù)鼗蚧A(chǔ)發(fā)生不均勻變形時(shí)，桿塔將對(duì)變形產(chǎn)生制約作用，引起桿塔結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致桿塔承載能力降低。

4 基礎(chǔ)方案選擇

4.1 基礎(chǔ)方案選擇

根據(jù)以往線路工程經(jīng)驗(yàn)，一般采用的基礎(chǔ)型式為柔性直柱基礎(chǔ)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

a）柔性直柱基礎(chǔ)。柔性直柱基礎(chǔ)包括直柱臺(tái)階基礎(chǔ)和直柱板式基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)主柱中心與地腳螺栓中心根據(jù)基礎(chǔ)作用力的情況設(shè)置了一定的偏心，使基礎(chǔ)受力更趨合理，并可有效地降低基礎(chǔ)的工程量。缺點(diǎn)：土石方量較大，對(duì)自然環(huán)境有一定的破壞。b）鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，承載力高，適用于地下水位高的粘性土和砂土等地基，廣泛用于有沖刷的跨河塔位；在結(jié)構(gòu)布置形式上可分為單樁和樁基，在埋置方式上可分為低樁和高樁基礎(chǔ)。缺點(diǎn)：施工工藝要求較高、施工難度較大；施工時(shí)的泥漿對(duì)環(huán)境有一定影響。

5 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在選定基礎(chǔ)型式的基礎(chǔ)上，通過對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、耐久性的分析，對(duì)基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)基礎(chǔ)形式。

5.1 直柱板式柔性基礎(chǔ)優(yōu)化

5.1.1 基礎(chǔ)主柱優(yōu)化

基礎(chǔ)主柱的大小一方面取決于基礎(chǔ)主柱外負(fù)荷，另一方面需滿足構(gòu)造要求。從受力上來說，主柱彎矩隨基礎(chǔ)埋深逐步加大，主柱配筋主要由上拔力及主柱彎矩確定。因此，在滿足構(gòu)造和受力要求下，盡量采用較小斷面尺寸以節(jié)約混凝土。

5.1.2 基礎(chǔ)埋的優(yōu)化

在臨界深度范圍內(nèi)，基礎(chǔ)埋置越深，越能充分發(fā)揮土體抵抗基礎(chǔ)上拔力的效力。但基礎(chǔ)埋深越大，基礎(chǔ)承受的彎矩就越大，基礎(chǔ)主柱寬度及配筋也相應(yīng)增大。

總體而言，基礎(chǔ)埋置越深，混凝土方量越少，基礎(chǔ)鋼筋量和土石方量開始的時(shí)候變化的比較快，后來基本保持不變。

5.2 樁基礎(chǔ)優(yōu)化

5.2.1 結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化

根據(jù)結(jié)構(gòu)布置的不同，常用的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)型式有單樁、連梁框架和高（低）樁承臺(tái)。要合理選擇受力特性良好且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)的樁基型式，必須結(jié)合鐵塔基礎(chǔ)外力的大小和地質(zhì)情況，經(jīng)過反復(fù)多次的試算才能得出。

對(duì)于基礎(chǔ)外力比較小和地質(zhì)情況相對(duì)較好的塔位選擇單樁會(huì)比較經(jīng)濟(jì)；連梁框架往往用于軟土層厚度較大、樁身直徑由水平力控制的塔位，與單樁相比，連梁框架的樁徑一般可減小一級(jí)；而對(duì)于基礎(chǔ)外力較大、采用單樁和單樁聯(lián)梁基礎(chǔ)型式樁徑都較大（一般樁身直徑＞1.2m時(shí)）的情況改用雙樁承臺(tái)或多樁承臺(tái)型式一般會(huì)更加經(jīng)濟(jì)。

5.3 預(yù)制裝配式基礎(chǔ)

5.3.1 預(yù)制裝配式基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)

預(yù)制裝配式基礎(chǔ)一般在工廠完成預(yù)制構(gòu)件的制作，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需將預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。由于裝配式基礎(chǔ)采用工廠預(yù)制的方式，其構(gòu)件質(zhì)量明顯高于普通現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全性能夠得到更大的保證。由于不需要現(xiàn)場(chǎng)澆筑，采用裝配式基礎(chǔ)節(jié)省了模板拼裝的時(shí)間和費(fèi)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

預(yù)制裝配式基礎(chǔ)將以往裝配式基礎(chǔ)的各個(gè)組成模塊標(biāo)準(zhǔn)化，通過不同數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)塊的組合搭配，可以適應(yīng)不同基礎(chǔ)尺寸的要求，滿足不同鐵塔作用力和地質(zhì)條件的需要。

與傳統(tǒng)預(yù)制裝配式基礎(chǔ)相比，新型模塊化裝配式基礎(chǔ)具有優(yōu)勢(shì)如下：

1）構(gòu)件采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，相同規(guī)模下構(gòu)件預(yù)制成本低。2）采用拼裝“積木”的型式進(jìn)行拼裝，施工技術(shù)難度低。3）可根據(jù)工程實(shí)際情況組合成不同尺寸，適應(yīng)不同荷載及地質(zhì)條件。4）采用卯榫及螺栓連接的“混凝土+金屬”構(gòu)造，可靠性高。5）構(gòu)件拼裝后可對(duì)鋼筋施加預(yù)緊力，并可根據(jù)實(shí)際需要，通過緊固螺母隨意調(diào)節(jié)各個(gè)鋼筋的預(yù)緊力，降低受拉側(cè)基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫的可能，同時(shí)提高基礎(chǔ)的抗變形能力。

總結(jié)：

本文根據(jù)從基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則、選型、優(yōu)化、等方面進(jìn)行了深入的分析和論證，對(duì)一般基礎(chǔ)形式進(jìn)行了分析與論證，同時(shí)結(jié)合具體基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行定量分析。主要研究結(jié)論如下：

1）根據(jù)架空輸電線路設(shè)計(jì)中重要一環(huán)為基礎(chǔ)建設(shè)，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行分析論證，根據(jù)現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析計(jì)算。2）對(duì)直柱板式柔性基礎(chǔ)以及樁基礎(chǔ)根據(jù)基礎(chǔ)計(jì)算中主要的參數(shù)，諸如：埋深、底板寬度、主柱寬度，進(jìn)行定量分析。3）針對(duì)以往裝配式基礎(chǔ)的不足，創(chuàng)新性地提出新型模塊化裝配式基礎(chǔ)。