地震液化區(qū)線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究

管 政

（安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230601）

在地震作用下，孔隙水壓力急劇上升。由于黏粒含量較低的原因，飽和粉土、砂土容易被孔隙水壓力沖散，有效應(yīng)力減小，造成不同程度承載能力的降低，甚至完全喪失承載力。

某±800 kV特高壓直流輸電線路部分區(qū)段地震烈度為7、8度，通過對飽和砂土或粉土的判別，場地在地震作用下均有不同程度的液化可能性。本文旨在以此為工程背景，從液化等級(jí)判別方法、液化地基處理措施、地震作用時(shí)基礎(chǔ)作用力取值、不同基礎(chǔ)方案經(jīng)濟(jì)性比較等方面探討地震液化區(qū)線路的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

1 地基土液化等級(jí)的判別與處理措施

根據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（國家地震局2001年），某±800 kV特高壓直流輸電線路沿線的地震動(dòng)峰值加速度橫跨0.10g、0.15g兩區(qū)，地下水位埋深較淺且地基土為粉土、砂土，應(yīng)考慮液化問題。

其中：1～60號(hào)桿塔上部可能液化的飽和粉土、粉砂中夾有薄層粉質(zhì)黏土，液化等級(jí)降低一級(jí)，即：嚴(yán)重降為中等，中等降為輕微，輕微的可不變；61～76號(hào)塔的上部非液化層厚度大于8 m，7度地震時(shí)不可能產(chǎn)生液化；77～111號(hào)桿塔上部可能液化的飽和粉土、粉砂中夾有薄層粉質(zhì)黏土，且呈中密或中密以上狀態(tài)，計(jì)算后判定為不液化；112號(hào)及以后桿塔的地層時(shí)代為Q3，可初判為不液化，經(jīng)計(jì)算，7度地震時(shí)不可能產(chǎn)生液化。

我國規(guī)范對液化可能性的判別方法主要有：標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)法、靜力觸探法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、地震反應(yīng)分析法等。其中，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）是按標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)法進(jìn)行判別，《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）按靜力觸探指標(biāo)進(jìn)行判別。

巖土專業(yè)通過相應(yīng)的勘探手段對塔位所在地基土進(jìn)行判別后，計(jì)算出結(jié)構(gòu)專業(yè)需要注意兩個(gè)參數(shù)：液化指數(shù)IlE及其相對應(yīng)的三個(gè)液化等級(jí)。

在實(shí)際工程中，主要通過以下幾類方法消除地基液化沉陷：樁基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)、加密法、地基土替換。當(dāng)采用樁基礎(chǔ)消除液化時(shí)，液化土的樁周摩擦力及樁水平抗力應(yīng)根據(jù)液化程度的不同，乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。

在土層液化折減系數(shù)的取值方面，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 20191—2012）保持一致。《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219—2014）參照上述兩本規(guī)范，并結(jié)合線路工程的具體特點(diǎn)，對條文做出如下補(bǔ)充說明：

（1）對低承臺(tái)樁基，當(dāng)承臺(tái)底面上、下分別有厚度不小于1.5、1.0 m的非液化土或非軟弱土?xí)r，ψL可按表中取值；當(dāng)無法滿足時(shí)，應(yīng)按表中降低一檔采用。

（2）對高承臺(tái)樁基及單樁，當(dāng)自設(shè)計(jì)地面向下有厚度不小于3.0 m的非液化土或非軟弱土覆蓋層時(shí)，ψL可按表中取值；當(dāng)無法滿足時(shí)，應(yīng)按表中降低一檔采用。

2 地震液化對樁基參數(shù)取值的影響

2.1 參數(shù)的折減

液化土中基樁需要驗(yàn)算3種工況的豎向及水平承載力，3種工況下的樁頂作用效應(yīng)及基樁承載力取值各不相同，匯總對比于表1。

表1 液化土中基樁驗(yàn)算工況表

表1中主震折減有一點(diǎn)需要注意：液化土的樁側(cè)阻和水平抗力均乘以相同的折減系數(shù)。這里提到的是水平抗力，實(shí)際應(yīng)用折減的是水平抗力系數(shù)m值。

2.2 考慮地震作用的承載力提高

地震作用時(shí)，樁基的復(fù)合基樁或基樁承載力提高1.25倍；偏心壓力作用時(shí)，還應(yīng)考慮1.2的偏心效應(yīng)系數(shù)。需要注意一點(diǎn)，規(guī)范中未明確指出水平承載力是否提高。

3 考慮地震作用、風(fēng)荷載共同作用下的基礎(chǔ)作用力

3.1 塔身荷載計(jì)算

《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545—2010）第11.2.3條規(guī)定，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載力的抗震驗(yàn)算，按下式計(jì)算：

式（1）不等號(hào)左邊即為考慮地震作用組合后的鐵塔整體作用，按一般只考慮水平地震作用，將各分項(xiàng)系數(shù)代入式（1）中，得鐵塔荷載如下：

代入導(dǎo)、地線張力可變荷載分項(xiàng)系數(shù)和風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)1.4，對式（2）做些形式上的微調(diào)：

式（3）中，SWK風(fēng)荷載組合值系數(shù)0.21和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的0.2基本一致。

3.2 水平地震作用

以Z30102塔為例，借助簡易實(shí)用“底部剪力法”模型進(jìn)行計(jì)算，按節(jié)間對水平地震作用進(jìn)行的分段，導(dǎo)、地線重量和塔頭部分重量計(jì)入頂部附加水平地震作用。

基本設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）總塔重G1=57 119 kg，導(dǎo)、地重量G2=24 409 kg，結(jié)構(gòu)等效總重力荷載Geq=（G1+G2）g=815 285 N；

（2）相對于結(jié)構(gòu)基本周期的水平地震影響系數(shù)α1=0.08；

（3）結(jié)構(gòu)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值Fek=0.85Geqα1=55 439 N。

塔身處地震作用設(shè)計(jì)值計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 塔身地震作用設(shè)計(jì)計(jì)算

通過計(jì)算，設(shè)防地震作用下，考慮地震作用效應(yīng)組合時(shí)的基礎(chǔ)作用力與常規(guī)大風(fēng)工況的基礎(chǔ)作用力比值見表3。

表3 考慮地震作用效應(yīng)組合時(shí)的基礎(chǔ)作用力 /%

4 結(jié)語

本文以某±800 kV特高壓直流輸電線路為工程背景，歸納總結(jié)了現(xiàn)有地基土液化等級(jí)的判別方法、相應(yīng)的地基液化處理措施以及液化對樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。以Z30102桿塔為例，計(jì)算考慮地震作用效應(yīng)組合時(shí)桿塔的基礎(chǔ)作用力。計(jì)算結(jié)果表明，考慮地震作用效應(yīng)組合時(shí)，基礎(chǔ)作用力大幅降低，但由于樁側(cè)土參數(shù)的折減，可能仍然會(huì)對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)起控制作用。