新型輸電線路窄基鐵塔復合基礎研究與設計

周維康，張瑞雪

（國網冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊065000）

目前，城區輸電線路一般采用鋼管桿線路和電纜兩種方式。由于電纜本體造價昂貴，施工安裝、運輸維護難度較高，尤其是在地下管廊受限區域，電纜的使用仍有較大的局限性。鋼管桿的造價也比較高，直接對工程的造價產生很大的影響。窄基鐵塔能夠很好地解決以上問題，在通道緊張地段（如綠化帶）有著很高的適用性。但與普通鐵塔基礎相比，窄基鐵塔受力情況較常規塔更加惡劣，同時受路徑限制無法采用大底板的大開挖基礎和灌注樁單樁基礎，普通基礎形式很難滿足結構性和經濟性的要求[1-4]。為了克服常規基礎形式在窄基鐵塔應用中的不足之處，提出了預應力承壓型囊式擴體錨桿技術，連同板式基礎形式衍生出板式預應力承壓型囊式擴體錨桿復合基礎這一新型的基礎形式。

1 技術方案

板式預應力承壓型囊式擴體錨桿復合基礎如圖1所示由兩部分組成，第一部分為上部底板配筋的平板基礎，第二部分下部為預應力承壓型囊式擴體錨桿，通過與板式基礎下部預應力鋼絞線承壓型囊式擴體錨桿連接。其原理主要是利用下部預應力承壓型囊式擴體錨桿擴大頭的技術端壓，把周圍土體由主動土壓力，變為被動土壓力，改變了周圍土體的密實度以及錨固段與周圍土體的粘結力、摩擦力承載，極大的提高的錨桿下部錨體的錨固力。錨固力的大小與擠擴體的端頭承載面積關系很大，所以膨脹擠擴體的長度只需滿足能夠對土體有效擠密的要求即可，錨固段的長度可以縮短良好的抗拔特性，協助上部的板式基礎共同承擔上拔作用力，錨桿與基礎底板連接圖如圖2所示。

圖1 預應力承壓型囊式擴體錨桿復合基礎示意圖

圖2 錨桿與基礎底板連接圖

2 施工過程

板式預應力承壓型囊式擴體錨桿復合基礎施工流程如圖3所示分兩個部分。

圖3 施工流程

將上部土層開挖到板式基礎?設計標高后，利用微型鉆機在下面土層上打錨孔、插入承壓型囊式擴體錨桿⑧、利用防水灌漿料⑩進行壓力灌漿，使底部的囊袋④擴大擠壓錨桿周圍地基土體?，令錨桿周側土壓力由被動土壓力變為主動土壓力。錨桿的主要施工方法：擴孔采用機械擴孔錨桿施工方法；旋噴采用的旋噴擴體錨桿方法或者鉆噴注一體化擴體錨桿施工方法；脹壓擴孔采用可控囊式膨脹擠壓土體裝置。

通過露出平板基礎一定高度的鋼絞線⑨與上部板式基礎?連接，預應力最大張拉荷載應為抗拔力設計值的1.2倍。預應力鋼絞線抗拔，充分利用預應力與鋼絞線的受力特性，減少工程量，降低工程造價。

3 基礎計算與對比

針對板式預應力承壓型囊式擴體錨桿復合基礎與灌注樁基礎計算進行對比。

窄基鐵塔基礎使用傳統灌注樁單樁經過計算，無法滿足窄基塔上拔力要求，可采用大直徑的單樁灌注樁基礎，大尺寸承臺過渡，承臺上布置窄基鐵塔短柱，如圖4所示。此種基礎驗算時需驗算承臺抗沖切，短柱抗彎，短柱，承臺，樁整體計算。

圖4 單樁加承臺基礎

由于結構形式的改變，灌注樁的受力也隨之改變，樁基的受力特點由單純的受拉或受壓變為壓彎或者拉彎的結構形式，參照混凝土柱的壓彎或拉彎的配筋模式，計算得出樁的配筋率過大。一根大直徑灌注樁的混凝土量約為170 m3，樁基配筋率達到1.3%。此種基礎形式極不經濟[5]。

板式預應力承壓型囊式擴體錨桿復合基礎計算根據JGJ/T 282—2012《高壓噴射擴大頭錨桿技術規程》取永久錨桿安全系數為1.6，抵抗上拔力計算公式如下[6-7]：

式中：Tuk為錨桿上拔力極限值；D1為錨桿鉆孔直徑；D2為擴大頭直徑；Ld為錨桿普通錨固段的計算長度，m；LD為擴大頭長度，m；fmg1為錨桿普通短注漿與土層之間的摩阻強度標準值，通過試驗確定，無試驗資料時，參見JGJ/T 282—2012《高壓噴射擴大頭錨桿技術規程》表4.6.3，kPa；fmg2為擴大頭注漿與土層之間的摩阻強度標準值，kPa；PD為擴大頭前段土體對擴大頭的抗力強度值，kPa。

在滿足上拔力計算要求的情況下，該基礎形式相對抗拔灌注樁樁相比可以減少樁承臺、底板厚度與底板配筋量，從而節省工程造價25%～30%。

4 預應力承壓型囊式擴體錨桿技術特點

技術性：作為抗拔結構，囊式擴體錨桿錨固段埋深大、設置于密實土層中，承載力大，安全度高，施工設備與技術先進，施工質量可控可靠。

安全性：該技術是對歐洲旋噴擴體錨桿的技術升級，既保留了原有技術的優點，又對其不足之處進行了改進，提高了該技術的可靠性和安全性。

耐久性：作為承壓型擴體錨桿，可以有效避免拉力型錨桿受拉開裂帶來的易腐蝕隱患，囊式防護技術可使錨桿擴體段有效置中，增加了保護層厚度，通過多重防腐功能可以有效抵抗腐蝕性地下水和土體對鋼絞線的腐蝕，確保抗浮結構的耐久性。

經濟性：囊體注漿對擴體段周邊土體產生脹壓擠密作用，能夠提高錨周壓力、改善土體的承載性能，使擴體錨桿承載力顯著提高，和抗拔樁相比可以減少樁承臺、底板厚度與底板配筋量，從而節省工程造價25%～30%。同時囊體注漿，也減少了對環境的污染。

環保性：錨桿成孔比灌注樁成孔的置換土量大為減少，避免了廢泥漿、廢渣土的外運，有效降低了污染，方便現場管理，提高了環保效益。

高效性：采用塔式鉆機或長臂式專業旋噴鉆機作業，單機組施工速度快（400 m/日），能夠有效縮短工期。

5 結束語

本文提出了一種適用于窄基鐵塔的板式預應力承壓型囊式擴體錨桿新型復合基礎，主要介紹了該基礎的技術方案，施工過程以及基礎計算，并介紹了其技術特點。

該基礎受力明確，采用板式基礎承壓預應力承壓型囊式擴體錨桿受拉，可以很好滿足窄基塔上拔力要求。

結構施工簡單，增加預應力鋼絞線，充分利用鋼絞線的抗拉強度，節省了大量的工程量，降低施工費用，機械化施工程度高，可操作性強。

該基礎相對抗拔樁，基礎耗材量減少，具有較好的經濟性，錨桿成孔比灌注樁成孔的置換土量大為減少，避免了廢泥漿、廢渣土的外運，提高了環保效益。