高邊坡回填土復(fù)雜地質(zhì)條件下多樁承臺連梁基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)用研究

范夏玲

（福建永福電力設(shè)計股份有限公司 福建福州 350108）

0 引言

由于輸電線路塔位地形與地質(zhì)條件復(fù)雜、地基土物理力學(xué)性質(zhì)差異大，設(shè)計和施工中需要考慮的邊界條件較多，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用、因地制宜的原則選定合理的基礎(chǔ)型式就顯得非常重要。隨著土地資源的稀缺，輸電線路走廊日趨緊張，同時為了滿足國網(wǎng)公司“兩型三新”的設(shè)計要求，線路走廊需要穿越地形和地質(zhì)條件十分復(fù)雜的高邊坡地形。由于桿塔所處的邊坡構(gòu)造復(fù)雜，危險滑動面潛藏，再加上勘察精度的制約，以及日常維護(hù)困難等諸多原因，桿塔邊坡的穩(wěn)定存在潛在威脅。與此同時，桿塔本身所受風(fēng)、雪、冰凍等的瞬時或反復(fù)循環(huán)作用，也使邊坡內(nèi)的土層強(qiáng)度大大削減［1］。目前，我國對于高邊坡軟土地形，特別是深回填土條件下的桿塔基礎(chǔ)設(shè)計方面的研究工作較少。本文以某輸電線路工程#11 塔進(jìn)行塔位基礎(chǔ)設(shè)計，并對回填土邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，以供同行參考。

1 工程概況

某輸電線路工程#11 塔位處于素填土邊坡上，邊坡高約40 m，填土的最大深度約為37 m。為了解地質(zhì)情況，對該工程進(jìn)行地質(zhì)勘察鉆探工作。根據(jù)鉆探揭露的地層情況，場區(qū)地基土自上而下可分為近期人工成因素填土①，早期修建鐵路時鋪設(shè)的堆填時間約20 a 的素填土①1，含碎石以黏性土為主②，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖③1，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖③2，煤巖③夾，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥巖④2，中等風(fēng)化泥巖④3等。

根據(jù)本次勘察所獲得的各種測試成果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)，#11 塔位處的巖土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1 所示。

表1 設(shè)計計算指標(biāo)值

2 基礎(chǔ)選型

2.1 擴(kuò)展獨(dú)立基礎(chǔ)

當(dāng)輸電鐵塔基礎(chǔ)坐落在承載力較好的地基土中，常采用擴(kuò)展獨(dú)立基礎(chǔ)作為鐵塔的基礎(chǔ)。獨(dú)立基礎(chǔ)分為階形基礎(chǔ)、坡形基礎(chǔ)和杯形基礎(chǔ)。

2.2 筏型基礎(chǔ)

當(dāng)填土土層及其下臥軟土厚度適中，為滿足下壓承載力和不均勻沉降要求，采用筏型基礎(chǔ)代替擴(kuò)展基礎(chǔ)。筏型基礎(chǔ)又叫筏板型基礎(chǔ)，分為板式、梁板式2 種型式。

2.3 樁基礎(chǔ)

當(dāng)鐵塔處于高邊坡深回填土地質(zhì)條件下，地基進(jìn)行處理后仍無法滿足承載力要求時，鐵塔基礎(chǔ)可選用樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)主要有灌注樁基礎(chǔ)和預(yù)制樁基礎(chǔ)2 種。

結(jié)合本工程實(shí)際地質(zhì)工程情況，采用樁基礎(chǔ)作為此工程的基礎(chǔ)型式，#11 塔所處邊坡位置如圖1 所示，設(shè)計的樁基礎(chǔ)布置圖如圖2 所示。其中A 腿與上邊坡距離較近，C 腿與D2 腿處于下邊坡處。由于D 腿正下方存在滲排水系統(tǒng)，為避免破壞滲排水系統(tǒng)，故采取的方案為：G11 塔樁基A、B、C 腿采用單樁基礎(chǔ)，D 腿樁基礎(chǔ)采用雙樁承臺基礎(chǔ)避開滲排水系統(tǒng)，并用連梁連接A、B、C 樁和D 基礎(chǔ)的承臺柱形成1 個整體，成為1 個框架結(jié)構(gòu)。

圖1 #11 塔位置地址示意圖

圖2 #11 塔樁基礎(chǔ)布置圖

3 基礎(chǔ)設(shè)計計算

3.1 負(fù)摩阻力計算

由于#11 塔位處于高回填土區(qū)，回填土在短時間內(nèi)并未完全固結(jié)，使得地基土的下沉位移量大于樁的位移量，樁-土之間產(chǎn)生相對位移即產(chǎn)生向下的摩擦阻力，作用在樁側(cè)單位面積上的力稱為負(fù)摩阻力。把負(fù)摩阻力當(dāng)作外部荷載來進(jìn)行樁基承載力的計算，故樁基受上部鐵塔傳遞的豎向力和負(fù)摩阻力作用。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5219—2005）規(guī)定［2］，樁側(cè)負(fù)摩阻力及其引起的下拉荷載，當(dāng)無實(shí)測資料時可按下列規(guī)定計算：

中性點(diǎn)以上單樁樁周第i 層土負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，可按式（1）。

3.2 水平主動土壓力計算

工程設(shè)計中通常將樁基埋進(jìn)入持力層，#11 塔處在高邊坡處，考慮到邊坡填土對樁基可能存在較大的水平主動土壓力，為安全起見，計算一定懸臂長度h 的水平朗肯主動土壓力值作為水平力附加到基礎(chǔ)力中（此工程中h 取值5 m），總主動土壓力計算公式如式（2）所示［3-4］。

式中：h 為懸臂長度，m；γs為填土容重，kN/m3；φ 為填土內(nèi)摩擦角，（°）。

3.3 樁基礎(chǔ)計算

3.3.1 鐵塔基礎(chǔ)力

如圖2 所示，考慮鐵塔樁基礎(chǔ)最不利受荷條件，A、B 2 樁中心受到水平側(cè)向力與上拔力作用，C 樁與D 承臺中心受到水平側(cè)向力與下壓力，鐵塔基礎(chǔ)力的如表2所示。

表2 鐵塔基礎(chǔ)力 單位：kN

3.3.2 樁基計算

利用架空輸電線基礎(chǔ)設(shè)計軟件-灌注樁基礎(chǔ)（北京百合公司），對該鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行計算，軟件計算流程如圖3 所示。

圖3 計算流程圖

計算得到A、B、C 塔腿樁基數(shù)據(jù)：

（1）樁：直徑d=1.8 m，樁埋深H=45 m，自由長度L=5 m，樁總高度h=50 m，樁主筋直徑d=22 cm，樁主筋數(shù)量n=48 根；

（2）連梁：寬=1.28 m，高=1.6 m。

D 塔腿樁基數(shù)據(jù)：

（1）承臺尺寸為：高h(yuǎn)=1.6 m；長x=12.6 m，寬y=2.6 m。

（2）樁：直徑d=1.6 m，樁埋深H=42.5 m，自由長度L=5 m，樁總高h(yuǎn)=47.5 m，樁主筋直徑d=22 cm，樁主筋數(shù)量n=40 根。

（3）承臺柱：高度h=2 m；長x=1.28 m，寬y=1.28 m；承臺露出約1.2 m。

4 邊坡穩(wěn)定分析

#11 塔為四回路轉(zhuǎn)角塔，其下壓力和側(cè)偏力較大，故有必要對邊坡在立塔緊線后的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。且離邊坡坡腳30 m 處有1 條貨物運(yùn)輸鐵路，邊坡穩(wěn)定分析對建設(shè)起至關(guān)重要的作用。該填土覆蓋層較厚，邊坡為人工放坡，并未經(jīng)過加筋處理，該填土邊坡已施工4 個月左右，為了確保邊坡在立塔緊線后依然穩(wěn)定，需進(jìn)行穩(wěn)定性分析。#11 塔邊坡現(xiàn)場圖如圖4 所示。

圖4 #11 塔邊坡現(xiàn)場圖

采用北京理正巖土軟件中邊坡穩(wěn)定性分析軟件，利用計算程序自動搜索最不利滑動面。根據(jù)坡面斷面數(shù)據(jù)，該工程邊坡坡度為1∶1.5?？紤]到水平基礎(chǔ)力的影響，故在邊坡上施加一定角度的均布荷載。填土物理指標(biāo)參數(shù)參考表1。圓弧穩(wěn)定分析方法采用瑞典條分法，土條重切向力與滑動方向相反時，當(dāng)下滑力對待；采用自動搜索最危險滑裂面計算安全系數(shù)，如圖5 所示，得到安全系數(shù)為1.86，符合規(guī)范要求［6］。

圖5 邊坡潛在滑裂面示意圖

由于A 腿樁基礎(chǔ)離上邊坡較近，為安全起見，把A樁基當(dāng)作抗滑樁進(jìn)行驗(yàn)算。采用北京理正巖土軟件中抗滑樁設(shè)計軟件得到A 基礎(chǔ)的設(shè)計值。在驗(yàn)證A 樁基時，把邊坡下滑產(chǎn)生的下滑力水平分力累加到鐵塔基礎(chǔ)力上。通過理正邊坡穩(wěn)定分析軟件完成滑坡推力的計算，如圖6 所示，得到上邊坡的滑坡剩余下滑力為136.49×sin27°=61.7 kN。

圖6 計算滑坡推力示意圖

由北京理正巖土軟件中抗滑樁設(shè)計軟件計算，其中樁后剩余下滑力水平推力為61.7 kN，按照滑坡推力作用情況計算得到抗滑樁樁身配筋為15 268 mm2，小于架空輸電線基礎(chǔ)設(shè)計軟件設(shè)計得到的樁配筋面積18 600 mm2，符合要求。

5 結(jié)語

因高邊坡回填土復(fù)雜地質(zhì)條件對輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，本工程優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計，選擇高樁承臺連梁基礎(chǔ)形式，并綜合考慮到負(fù)摩阻力以及高回填土對樁基的側(cè)向水平力的影響。并分析了邊坡在立塔緊線后的穩(wěn)定性，得到安全系數(shù)1.86，符合規(guī)范要求。鐵塔4 個腿樁基，其中處于上邊坡邊坡腳處的A樁基礎(chǔ)，受力較復(fù)雜，把A 樁基作為抗滑樁進(jìn)行計算，并和架空輸電線基礎(chǔ)設(shè)計軟件計算值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者較為吻合。