新型輸電線路窄基鐵塔復(fù)合基礎(chǔ)研究與設(shè)計(jì)

周維康，張瑞雪

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊065000）

目前，城區(qū)輸電線路一般采用鋼管桿線路和電纜兩種方式。由于電纜本體造價(jià)昂貴，施工安裝、運(yùn)輸維護(hù)難度較高，尤其是在地下管廊受限區(qū)域，電纜的使用仍有較大的局限性。鋼管桿的造價(jià)也比較高，直接對(duì)工程的造價(jià)產(chǎn)生很大的影響。窄基鐵塔能夠很好地解決以上問題，在通道緊張地段（如綠化帶）有著很高的適用性。但與普通鐵塔基礎(chǔ)相比，窄基鐵塔受力情況較常規(guī)塔更加惡劣，同時(shí)受路徑限制無(wú)法采用大底板的大開挖基礎(chǔ)和灌注樁單樁基礎(chǔ)，普通基礎(chǔ)形式很難滿足結(jié)構(gòu)性和經(jīng)濟(jì)性的要求[1-4]。為了克服常規(guī)基礎(chǔ)形式在窄基鐵塔應(yīng)用中的不足之處，提出了預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)，連同板式基礎(chǔ)形式衍生出板式預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿復(fù)合基礎(chǔ)這一新型的基礎(chǔ)形式。

1 技術(shù)方案

板式預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿復(fù)合基礎(chǔ)如圖1所示由兩部分組成，第一部分為上部底板配筋的平板基礎(chǔ)，第二部分下部為預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿，通過(guò)與板式基礎(chǔ)下部預(yù)應(yīng)力鋼絞線承壓型囊式擴(kuò)體錨桿連接。其原理主要是利用下部預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿擴(kuò)大頭的技術(shù)端壓，把周圍土體由主動(dòng)土壓力，變?yōu)楸粍?dòng)土壓力，改變了周圍土體的密實(shí)度以及錨固段與周圍土體的粘結(jié)力、摩擦力承載，極大的提高的錨桿下部錨體的錨固力。錨固力的大小與擠擴(kuò)體的端頭承載面積關(guān)系很大，所以膨脹擠擴(kuò)體的長(zhǎng)度只需滿足能夠?qū)ν馏w有效擠密的要求即可，錨固段的長(zhǎng)度可以縮短良好的抗拔特性，協(xié)助上部的板式基礎(chǔ)共同承擔(dān)上拔作用力，錨桿與基礎(chǔ)底板連接圖如圖2所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿復(fù)合基礎(chǔ)示意圖

圖2 錨桿與基礎(chǔ)底板連接圖

2 施工過(guò)程

板式預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿復(fù)合基礎(chǔ)施工流程如圖3所示分兩個(gè)部分。

圖3 施工流程

將上部土層開挖到板式基礎(chǔ)?設(shè)計(jì)標(biāo)高后，利用微型鉆機(jī)在下面土層上打錨孔、插入承壓型囊式擴(kuò)體錨桿⑧、利用防水灌漿料⑩進(jìn)行壓力灌漿，使底部的囊袋④擴(kuò)大擠壓錨桿周圍地基土體?，令錨桿周側(cè)土壓力由被動(dòng)土壓力變?yōu)橹鲃?dòng)土壓力。錨桿的主要施工方法：擴(kuò)孔采用機(jī)械擴(kuò)孔錨桿施工方法；旋噴采用的旋噴擴(kuò)體錨桿方法或者鉆噴注一體化擴(kuò)體錨桿施工方法；脹壓擴(kuò)孔采用可控囊式膨脹擠壓土體裝置。

通過(guò)露出平板基礎(chǔ)一定高度的鋼絞線⑨與上部板式基礎(chǔ)?連接，預(yù)應(yīng)力最大張拉荷載應(yīng)為抗拔力設(shè)計(jì)值的1.2倍。預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拔，充分利用預(yù)應(yīng)力與鋼絞線的受力特性，減少工程量，降低工程造價(jià)。

3 基礎(chǔ)計(jì)算與對(duì)比

針對(duì)板式預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿復(fù)合基礎(chǔ)與灌注樁基礎(chǔ)計(jì)算進(jìn)行對(duì)比。

窄基鐵塔基礎(chǔ)使用傳統(tǒng)灌注樁單樁經(jīng)過(guò)計(jì)算，無(wú)法滿足窄基塔上拔力要求，可采用大直徑的單樁灌注樁基礎(chǔ)，大尺寸承臺(tái)過(guò)渡，承臺(tái)上布置窄基鐵塔短柱，如圖4所示。此種基礎(chǔ)驗(yàn)算時(shí)需驗(yàn)算承臺(tái)抗沖切，短柱抗彎，短柱，承臺(tái)，樁整體計(jì)算。

圖4 單樁加承臺(tái)基礎(chǔ)

由于結(jié)構(gòu)形式的改變，灌注樁的受力也隨之改變，樁基的受力特點(diǎn)由單純的受拉或受壓變?yōu)閴簭澔蛘呃瓘澋慕Y(jié)構(gòu)形式，參照混凝土柱的壓彎或拉彎的配筋模式，計(jì)算得出樁的配筋率過(guò)大。一根大直徑灌注樁的混凝土量約為170 m3，樁基配筋率達(dá)到1.3%。此種基礎(chǔ)形式極不經(jīng)濟(jì)[5]。

板式預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿復(fù)合基礎(chǔ)計(jì)算根據(jù)JGJ/T 282—2012《高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》取永久錨桿安全系數(shù)為1.6，抵抗上拔力計(jì)算公式如下[6-7]：

式中：Tuk為錨桿上拔力極限值；D1為錨桿鉆孔直徑；D2為擴(kuò)大頭直徑；Ld為錨桿普通錨固段的計(jì)算長(zhǎng)度，m；LD為擴(kuò)大頭長(zhǎng)度，m；fmg1為錨桿普通短注漿與土層之間的摩阻強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)試驗(yàn)確定，無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，參見JGJ/T 282—2012《高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿技術(shù)規(guī)程》表4.6.3，kPa；fmg2為擴(kuò)大頭注漿與土層之間的摩阻強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；PD為擴(kuò)大頭前段土體對(duì)擴(kuò)大頭的抗力強(qiáng)度值，kPa。

在滿足上拔力計(jì)算要求的情況下，該基礎(chǔ)形式相對(duì)抗拔灌注樁樁相比可以減少樁承臺(tái)、底板厚度與底板配筋量，從而節(jié)省工程造價(jià)25%～30%。

4 預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)特點(diǎn)

技術(shù)性：作為抗拔結(jié)構(gòu)，囊式擴(kuò)體錨桿錨固段埋深大、設(shè)置于密實(shí)土層中，承載力大，安全度高，施工設(shè)備與技術(shù)先進(jìn)，施工質(zhì)量可控可靠。

安全性：該技術(shù)是對(duì)歐洲旋噴擴(kuò)體錨桿的技術(shù)升級(jí)，既保留了原有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又對(duì)其不足之處進(jìn)行了改進(jìn)，提高了該技術(shù)的可靠性和安全性。

耐久性：作為承壓型擴(kuò)體錨桿，可以有效避免拉力型錨桿受拉開裂帶來(lái)的易腐蝕隱患，囊式防護(hù)技術(shù)可使錨桿擴(kuò)體段有效置中，增加了保護(hù)層厚度，通過(guò)多重防腐功能可以有效抵抗腐蝕性地下水和土體對(duì)鋼絞線的腐蝕，確?？垢〗Y(jié)構(gòu)的耐久性。

經(jīng)濟(jì)性：囊體注漿對(duì)擴(kuò)體段周邊土體產(chǎn)生脹壓擠密作用，能夠提高錨周壓力、改善土體的承載性能，使擴(kuò)體錨桿承載力顯著提高，和抗拔樁相比可以減少樁承臺(tái)、底板厚度與底板配筋量，從而節(jié)省工程造價(jià)25%～30%。同時(shí)囊體注漿，也減少了對(duì)環(huán)境的污染。

環(huán)保性：錨桿成孔比灌注樁成孔的置換土量大為減少，避免了廢泥漿、廢渣土的外運(yùn)，有效降低了污染，方便現(xiàn)場(chǎng)管理，提高了環(huán)保效益。

高效性：采用塔式鉆機(jī)或長(zhǎng)臂式專業(yè)旋噴鉆機(jī)作業(yè)，單機(jī)組施工速度快（400 m/日），能夠有效縮短工期。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種適用于窄基鐵塔的板式預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿新型復(fù)合基礎(chǔ)，主要介紹了該基礎(chǔ)的技術(shù)方案，施工過(guò)程以及基礎(chǔ)計(jì)算，并介紹了其技術(shù)特點(diǎn)。

該基礎(chǔ)受力明確，采用板式基礎(chǔ)承壓預(yù)應(yīng)力承壓型囊式擴(kuò)體錨桿受拉，可以很好滿足窄基塔上拔力要求。

結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單，增加預(yù)應(yīng)力鋼絞線，充分利用鋼絞線的抗拉強(qiáng)度，節(jié)省了大量的工程量，降低施工費(fèi)用，機(jī)械化施工程度高，可操作性強(qiáng)。

該基礎(chǔ)相對(duì)抗拔樁，基礎(chǔ)耗材量減少，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，錨桿成孔比灌注樁成孔的置換土量大為減少，避免了廢泥漿、廢渣土的外運(yùn)，提高了環(huán)保效益。