輸電線路桿塔錨桿復合型基礎的研究

張 斌，史衛(wèi)國，閆芳芳

（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西太原030001）

1 引言

我國發(fā)電能源集中地區(qū)和經濟發(fā)展地區(qū)分布極不平衡，這決定了能源資源須在全國范圍內優(yōu)化配置。隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，電力需求的缺口日益增大，而特高壓直流線路輸電容量大，不僅可以減少輸電線路的回路數，節(jié)省線路走廊，而且有利于解決短路電流過大超過開關容量極限的問題。發(fā)展特高電壓輸電可使電網更加堅強，并且可以引導電源建設，使我國的資源開發(fā)更為合理。

根據已建特高壓直流輸電線路來看，基礎占本體投資的16%左右。特高壓直流輸電線路的鐵塔根開大，而線路大多途徑山區(qū)山勢陡峭，林木茂盛，基礎工程造成的環(huán)保、水保問題突出。

巖石擴底直錨基礎與立柱承臺群錨基礎的運用能夠有效減少工程土石方量和混凝土用量，對保護環(huán)境，降低工程投資，保證特高壓直流輸電線路的長期安全運行具有重大意義。

2 山區(qū)巖石錨桿基礎類型

針對山區(qū)地形及地質差異，為了達到精細化設計，采用不同類型的巖石錨桿基礎。山體坡度較緩，巖石微風化，基巖裸露，可采用傳統直錨式基礎，中風化巖石也可采用擴底直錨式基礎；而山體陡峭，巖石風化強烈、覆蓋層較厚的特點，可采用立柱承臺群錨基礎。要達到降低工程造價、保護環(huán)境的目標，需要充分發(fā)揮已有基礎形式的優(yōu)勢。

2.1 立柱承臺群錨基礎

立柱承臺群錨式基礎由承臺（立柱）、錨筋共同組成受力本體，錨筋可承受彎距疊加產生的附加上拔力，通過合理布置基礎立柱，還可以減少水平力產生的彎距影響。承臺群錨基礎可適用的地質地形范圍也廣，通過調節(jié)立柱高度，可適用有一定覆蓋層的巖石地區(qū)，也可適用坡度較陡的地段。

各種承臺錨桿基礎型式示意圖如圖1。

圖1 承臺錨桿基礎示意圖

2.2 巖石擴底直錨基礎

巖石擴底直錨基礎是常規(guī)直錨式基礎與直柱掏挖基礎形式的組合型基礎，該基礎與常規(guī)直錨式基礎的不同之處在于基礎下部進行了擴底，見圖2、3。同時錨桿上部采用纏繞技術，通過錨桿上部纏繞光滑膠帶等方式，加深錨桿有效錨固深度，減少錨樁頂部位移，提高錨樁承載力。

圖2 單錨式擴底型式

圖3 直錨群樁擴底型式

2.3 掏挖錨桿復合基礎

掏挖錨桿復合基礎是掏挖基礎與巖石錨桿基礎聯合形成的組合基礎（圖4）。掏挖錨桿復合基礎利用掏挖基礎穿過覆蓋層或鉆孔困難的裂隙較多的巖石地基，直接到達完整的巖石層上，下部的錨桿基礎可在基礎材料耗量最小的情況下最大限度的發(fā)揮巖基的良好的力學性能抵抗上拔作用。而上部掏挖基礎也能分擔一部分上拔力。

圖4 掏挖錨桿復合基礎

目前，該基礎的荷載傳遞機理和變形協調機理尚不清晰，尚無成熟的設計計算方法，需要大量的現場真型試驗來驗證其可行性、合理性和可靠性，

3 山區(qū)巖石錨桿基礎計算方法

（1）上拔承載力計算

a：立柱承臺基礎上拔穩(wěn)定計算

上部承臺基礎所在地基以坡積土、碎石土為主覆蓋層時，按照土重法進行計算上拔穩(wěn)定。

b：巖石錨桿基礎巖石抗剪承載力計算

巖石錨桿基礎采用機械成孔，然后將錨桿鋼筋直接插入巖孔內，用細石混凝土與基巖粘結成一體，充分利用了巖石自身的強度。巖石錨桿基礎是由三種材料（錨桿鋼筋、漿體、巖體）兩個界面（錨桿鋼筋-漿體界面、漿體-巖石界面）組成的系統，針對每種可能出現的破壞模式進行安全性評價，并按照作用力傳遞的順序對巖石錨桿基礎的承載能力進行計算。

立柱承臺群錨基礎應該參照群錨基礎考慮水平力對下部錨桿基礎的單樁上拔力進行修正。

Q—上部承臺基礎按土重法計算得出的上拔承載力；

n—錨樁數；

MX，My—上部承臺基礎主柱頂面水平力通過群錨重心的X軸、Y軸的力矩；

Yi，Xi—錨樁i至群錨重心Y軸和X軸的距離。

（2）下壓承載力計算

根據地質報告得到fak，依據《架空送電線路基礎設計技術規(guī)定》［1］（DL/T 5219-2014），其承載力特征值修正后為fa。

a：當軸心荷載作用時：

b：當偏心荷載作用時：

（3）承臺底板沖切、剪切強度驗算

a：沖切強度驗算

1）受立柱沖切承載力驗算

根據《建筑樁基技術規(guī)范》［2］5.9.7 條進行計算：

2）受位于柱沖切破壞錐體以外錨樁的沖切承載力驗算

根據《建筑樁基技術規(guī)范》［2］5.9.8 條進行計算：

b：剪切強度驗算

根據《建筑樁基技術規(guī)范》［2］5.9.10 條進行計算：

4 經濟技術比較

本論文分析了特高壓典型塔型ZC32102AL-60直線塔在不同的地質條件下巖石基礎的經濟技術指標。

4.1 地質條件1技術經濟比較

上層松散土層厚300mm，以下為中風化巖石，巖石完整，無地下水。

根據上述地質條件，巖石基礎型式適用于本地質條件，主要有巖石嵌固式基礎、常規(guī)直錨式基礎、擴底直錨式基礎。

表1 各基礎類型主要指標表

4.2 地質條件2技術經濟比較

上層松散土層厚1000mm，以下為強風化巖石，巖石較破碎，無地下水。

根據上述地質條件，巖石基礎型式適用于本地質條件，主要有巖石嵌固式基礎、傳統承臺群錨基礎、直柱偏心式承臺群錨基礎。

表2 各基礎類型主要指標表

4.3 地質條件3技術經濟比較

上層松散土層厚2m，以下為中風化巖石，巖石較完整，無地下水。

根據上述地質條件，巖石基礎型式適用于本地質條件，主要有巖石嵌固式基礎、傳統承臺群錨基礎、直柱偏心式承臺群錨基礎。

表3 各基礎類型主要指標表

5 結束語

1.上部覆蓋層在1m，以下為強風化較破碎的巖石地質條件，直柱偏心承臺群錨基礎的綜合造價低于傳統承臺群錨基礎。

2 上部覆蓋層在0.3m，以下為中風化較完整的巖石地質條件，可采用巖石擴底直錨基礎，盡管造價與常規(guī)巖石直錨基礎相當，但是巖石擴底直錨基礎的極限承載力增大50%，安全儲備大，可考慮在特高壓工程中推廣使用。

3 上部覆蓋層在2m，以下為中風化較完整的巖石地質條件，可采用直柱偏心承臺群錨基礎，與傳統承臺群錨基礎相比，不僅造價低，而且可調節(jié)主柱高度以配合長短腿使用，能減少基面開方量，滿足環(huán)境保護要求。