直柱式掏挖基礎在攀西地區高壓輸電線路設計施工中的推廣應用

張國彬，譚云升

(攀枝花電業局展宏電力勘測設計有限公司，四川攀枝花617000)

0 引言

攀西地區是四川第二大用電區，除了用電量大以外，其新建高壓線路數量也排在全省前列。在高壓輸電線路鐵塔基礎設計中，基礎類型多種多樣，在攀西地區最常用的基礎類型是普通柔性基礎，大概占80%。聯合基礎、樁基礎和掏挖基礎共占20%。攀西地區主要為山地，半風化砂巖和半風化泥巖較多，原狀黏土多為硬塑和可塑，土層膠結性較好，有較強的抗剪性且地下水位較低，適合使用以天然土構成抗拔土體的掏挖基礎。通過對掏挖基礎和普通柔性基礎的比較分析，以促進掏挖基礎在攀西地區高壓輸電線路施工中的進一步推廣。

1 計算方法比較

現以常用的TW1843掏挖基礎和L2633柔性基礎的上拔穩定為例，比較2種基礎計算及結果，2種基礎下壓穩定計算方法基本相同。TW1843掏挖基礎類型如圖1所示，L2633柔性基礎類型圖2所示。

設計條件:0～0.3m耕地深度，下層為一般黏性土。地基物理特性:天然容重γ=18kN/m3，無地下水，塑性指數Ip=13，天然空隙比e=0.7?；A設計向上作用力FT=360kN，基礎設計向下作用力FV=420kN，設計水平力FHX=40kN，設計水平力FHY=32kN。混凝土強度等級選用C20型，縱向受力鋼筋選用Ⅱ級鋼筋，其余選用Ⅰ級鋼筋。

1.1 直柱式掏挖基礎TW1843

基本尺寸:h=4.1m，h1=2.5m，Δh=0.5m，h2=0.3m，h3=0.2m，d0=0.8m，D=1.8m，θ=45°。

基礎體積Vf和自重Gf

圖1 TW1843掏挖基礎類型

上拔穩定計算。

(1)計算深度ht=h－h2－0.3=3.5(m)，臨界深度hc=3.0D=5.4m＞3.5m。

(3)基礎底面展開角θ=45°，基礎展開角基型系數ηθ=0.95。

(4)查表得直線塔基礎上拔穩定安全系數K1=1.6，K2=1.2。

圖2 L2633柔性基礎類型

(5)由Ip=13，e=0.7查一般黏性土內聚力內摩擦角表得c=51kN/m2，φ=17°。

(6)根據ht/D=3.5/18=1.94，φ=17°。查內摩擦角和相對深度函數(無因次系數)曲線圖得A1=1.60，A2=0.31。

容許上拔力[FT]計算公式

1.2 普通柔性基礎L2633

基本尺寸:h=3.1m，h1=0.7m，h2=2.4m，h0=0.2m，b=0.8m，B=2.6m。

基礎體積Vf和自重Gf

上拔穩定計算。

(1)計算深度ht=24m，臨界深度hc=25B=6.5m＞2.4m。

(2)根據Ip=13，e=0.7，一般黏性土為硬塑型，查計算土的上拔角表得計算上拔角α=25°。柔性基礎開挖后回填土計算容重取γ0=18kN/m3。

(3)抗拔土體V及V0:計算上拔角α=25°，查正方形底板土錐體體積(α=25°)表得V=34.2m3，V0=0.8×0.8×2.4=1.536(m3)。

(4)容許上拔力[FT]計算公式

從計算方法中可以看出，掏挖基礎采用的是剪切法，而柔性基礎采用的是土重法。剪切法認為，原狀土中基礎受上拔力時，原狀土體破裂面上產生的極限抗剪力的垂直分量為基礎提供上拔穩定力。土重法認為，當基礎在受上拔力作用時，基礎帶起一塊有上移趨勢的土，由土重力為基礎提供上拔穩定力。在計算柔性基礎時，參數計算容重γ0和計算上拔角α是根據回填土的物理力學性質表得出的。土力學回填土的定義為:回填土體是指開挖基坑的擾動土，是按每填300mm后虛土夯實至200mm厚的重塑土來計算的。普通柔性基礎施工過程中回填土體夯實多采用人工夯實，施工煩瑣，施工單位往往不按回填土夯實辦法夯實。這樣會導致計算容重γ0和計算上拔角α較查表結果小，對上拔穩定影響較大。在現行的施工條件和監督條件下，直柱式掏挖基礎的剪切法計算比柔性基礎的土重法計算可靠性更高。

2 經濟性比較

根據攀西地區特殊的土質條件，對第1章節中計算的2個常用基礎進行比較，具體見表1。

表1 基礎經濟性比較

經比較發現，當容許上拔力接近時，掏挖基礎混凝土用量是普通柔性基礎的56.5%。普通柔性基礎底板大而薄，主要靠底板雙向配筋承擔上拔力和下壓力，故鋼筋用量較大。在2個基礎中，柔性基礎鋼筋用量約為掏挖基礎的4倍。掏挖基礎需對掏挖口作護壁，加上少量塌落土，挖方量略大于混凝土用量，而普通柔性基礎開挖時需要大開挖，同時對基礎壁進行放坡，其開挖量遠大于混凝土用量。柔性基礎挖方量為掏挖基礎的5倍。雖掏挖基礎施工難度比柔性基礎大，經過綜合造價計算和其他工程統計數據表明，在攀西地區使用掏挖基礎比使用柔性基礎造價降低40%以上。

3 其他優勢

在攀西地區使用掏挖基礎，不僅充分利用了土壤良好的抗剪性能，也顯示了其良好的經濟效益和環境效益。攀西地區人口密度較小，珍稀野生動植物繁多，對環境的保護尤為重要。掏挖基礎開挖量小，棄土少，工作面積小，因此，對鐵塔周圍的環境影響較小。掏挖基礎節約材料，減少了材料運輸路途對沿路植被的破壞。掏挖基礎開挖面積小，對當地農民的生活和耕地影響較小，方便協調，有利于線路施工的順利進行。

4 使用掏挖基礎存在的問題及解決措施

攀西地區海拔較高，地下水位低，土壤含水率較小，土壤孔隙率略大，吸水性好，掏挖基礎混凝土澆注時易造成混凝土不能充分搗實，出現孔洞。澆注完成后無法進行外觀檢查。針對這些問題的解決措施如下:

(1)選用良好級配的石子拌和混凝土。

(2)混凝土坍落度選大一級，增大混凝土和易性，適當提高砂率和水泥用量。當擴大頭混凝土振實后可適當補充砂漿，保證擴底處不出現孔隙。

(3)宜采用機械攪拌，確保混凝土配料拌和均勻。加強混凝土的振實，以提高其強度及密實性。

5 結束語

通過比較分析，在攀西地區使用直柱式掏挖基礎既安全又可靠，具有良好的經濟效益和環境效益。故建議在攀西地區高壓輸電線路中結合實際情況推廣和應用直柱式掏挖基礎。

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