電力線路工程基礎(chǔ)設(shè)計方案分析

吳慶華 萬志方 楊 藝 曾二賢

(中南電力設(shè)計院,湖北 武漢 430071)

1 工程概況

云南小灣送出線路工程包含多條 500kV線路,這些線路中有緊湊型線路,有常規(guī)型線路,有單回有雙回,有不同導(dǎo)線,鐵塔根開大、基礎(chǔ)作用力范圍大,設(shè)計復(fù)雜。線路路徑所處的滇西地區(qū)地質(zhì)條件變化多樣,給工程基礎(chǔ)選擇帶來困難。

線路所經(jīng)區(qū)域構(gòu)造線多以短軸背、向斜為主。南部長期處于隆起狀態(tài),斷裂活動頻繁而強(qiáng)烈,該大斷裂走向近南北向略呈波狀彎曲,為二級構(gòu)造單元界線。

區(qū)域覆土層主要為第四系坡殘的可塑 -堅硬狀態(tài)的粉質(zhì)粘土、粘土及含碎石粉質(zhì)粘土,山間洼地中局部有軟塑 -可塑的沖洪積粉質(zhì)粘土及粘土[2]。沿線地形以高原型低山、丘陵地貌為主,間夾少量山間盆地。在灰?guī)r分布區(qū),不良地質(zhì)現(xiàn)象表現(xiàn)為溶蝕現(xiàn)象。

地表水的滲入引起表層土體滑動,是導(dǎo)致土體失穩(wěn)的重要原因。塔基基礎(chǔ)施工會較大程度地改變附近地表水和地下水的排泄條件及植被生長環(huán)境,進(jìn)而破壞山體原有穩(wěn)定平衡狀態(tài),對塔基穩(wěn)定造成不利影響。設(shè)計上應(yīng)采取針對性措施。

2 基礎(chǔ)選型

在計算分析比較各類基礎(chǔ)型式特性后,不同地質(zhì)條件對應(yīng)的優(yōu)化基礎(chǔ)型式見表 1:

表1 優(yōu)化基礎(chǔ)形式

根據(jù)以上分析,本工程按下列原則選用基礎(chǔ):

1)山地巖石地基選用巖石嵌固基礎(chǔ)。

2)山區(qū)粘土地基,包括含碎石土粘土地基和含粘土碎石層地基的實(shí)際承載力條件適合選用插入基礎(chǔ)和掏挖基礎(chǔ)。

3)位于山間盆地的塔位,地基條件為有地下水的軟塑粘土地基選用大板基礎(chǔ);盆地個別塔位的流塑粘土覆蓋層厚度達(dá) 6.0～10.0米以上時,可選用灌注樁基礎(chǔ)。

在明確地基基礎(chǔ)基本型式后,具體塔位基礎(chǔ)的技術(shù)方案要根據(jù)鐵塔所處的位置、鐵塔型式、地基承載力特性并技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后按最優(yōu)原則確定。同時,根據(jù)地質(zhì)報告和具體塔基條件,采用必要的護(hù)坡、保坎和排水溝等方案,保護(hù)塔基穩(wěn)定和自然環(huán)境。

3 基礎(chǔ)選型比較

本工程線路路徑以山區(qū)地貌為主,山地巖石地基條件和山區(qū)粘土地基條件約占 98%。粘土地基中工程上較為成熟的是斜柱插入式大板基礎(chǔ)和全掏挖基礎(chǔ)。這兩種基礎(chǔ)型式各有特點(diǎn),本工程大部分地區(qū)的地質(zhì)條件都可采用。山地基礎(chǔ)的合理選型對工程基礎(chǔ)材料指標(biāo)和工程造價影響較大,因此,有必要對插入式大板基礎(chǔ)和全掏挖基礎(chǔ)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

3.1 技術(shù)方案比較

插入基礎(chǔ)抗拔計算采用的是土重法。依靠基礎(chǔ)底板以上的土體重量和基礎(chǔ)自重抵抗上拔力(見圖 1、圖 2)。

其特點(diǎn)是基礎(chǔ)主柱與塔腿主材坡度一致,鐵塔主材內(nèi)力可沿主柱軸線直接傳遞至基礎(chǔ)底板,大大減小了對基礎(chǔ)主柱和底板的偏心彎矩,與大板基礎(chǔ)相應(yīng)也減少了主柱和底板的配筋。在線路基礎(chǔ)中已廣泛使用。

掏挖基礎(chǔ)基礎(chǔ)抗拔計算采用的是類似巖石基礎(chǔ)的 “剪切法”,依靠土體重量、基礎(chǔ)自重和土體凝聚力,原狀土的力學(xué)性能得以充分發(fā)揮作用,具有較強(qiáng)的抗拔承載能力 (見圖 3、圖 4)。

原狀土基礎(chǔ)開挖基坑時不擾動原狀土,避免大開挖后再填土,無需混凝土模板,對自然環(huán)境影響小。采用掏挖基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)如下:

1)可充分發(fā)揮地基土的原始力學(xué)特性,與插入基礎(chǔ)相比,其基礎(chǔ)砼和鋼材用量基本相當(dāng)。

2)插入基礎(chǔ)由于采用大開挖施工方式,基坑土方開挖量是掏挖基礎(chǔ)開挖量的 2～3倍。插入基礎(chǔ)相采用大開挖方法施工,作業(yè)面大、坑土堆放量大,對原始坡體破壞面大,基礎(chǔ)完成后有時需要采用擋土墻、護(hù)坡等輔助保護(hù)措施來保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

3)掏挖基礎(chǔ)可采用加高 (深埋)型式結(jié)合鐵塔全方位高低腿的使用,能夠充分適應(yīng)原始地形,減小基礎(chǔ)的保護(hù)范圍。相應(yīng)地減少降基值和基面開挖量。由于掏挖基礎(chǔ)充分利用了深層完整土體的力學(xué)性能,對原始坡體破壞小。掏挖基礎(chǔ)施工對原始地表的破壞小,基面開挖、施工棄土量低,有利于保護(hù)原始地表的水土和植被。掏挖基礎(chǔ)節(jié)約輔助保護(hù)工程的材料量,可降低基礎(chǔ)工程的整體造價。

4)從施工便利性分析,插入基礎(chǔ)和掏挖基礎(chǔ)都有十分成熟的施工工藝,各有特點(diǎn)。

插入基礎(chǔ)主要工序:基坑開挖、支模 (插入角鋼定位)、砼澆制、拆模、回填等施工工序。

掏挖基礎(chǔ)主要工序:基坑掏挖、地螺定位、砼澆制。

兩者相比,插入基礎(chǔ)主要增加了模板和回填工序,插入角鋼定位 (特別是高低腿的插入角鋼)對施工技術(shù)要求稍高。掏挖基礎(chǔ)基坑掏挖對最大深度有一定要求。

本工程的掏挖基礎(chǔ)的掏挖深度為直線塔 4.6米～5.5米,轉(zhuǎn)角塔 5.0～6.5米,施工企業(yè)完全能夠按照設(shè)計要求施工。目前掏挖基礎(chǔ),如云廣特高壓直流工程,最大深度掏挖深度也已達(dá) 10～12米。

5)掏挖基礎(chǔ)的地腳螺栓連接方式利于減小地震的影響和震后的快速恢復(fù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)分析

插入基礎(chǔ)和掏挖基礎(chǔ)在技術(shù)上均滿足要求,施工方法、施工工程量和材料量略有不同。在計及施工費(fèi)用和材料價格后兩者工程投資相當(dāng),掏挖基礎(chǔ)略低。

4 結(jié)語語

綜上所述,本工程山區(qū)粘土的地基承載力在240～280區(qū)間,是選用掏挖基礎(chǔ)的最佳地質(zhì)條件。結(jié)合沿線地形條件、施工條件和出于保護(hù)滇西良好自然環(huán)境,本工程優(yōu)先采用掏挖基礎(chǔ),既體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益又最大化地取得了環(huán)境效益。

[1]云南省地質(zhì)圖說明書 1:500000.[R].

[2]云南小灣 500kV送出線路工程 《巖土工程勘測報告》.[R].

[3]DL/T5219-2005,架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定.[S].

[4]云南小灣送出線路工程施工設(shè)計說明書.[R].