江門220 kV銀三甲乙線#12跨江塔基礎產生不均勻沉降原因分析及處理方法

劉 潔

（江門電力設計院有限公司，廣東 江門 529000）

0 引言

高壓輸電線路鐵塔作為電能輸送系統的重要組成部分，其安全與否至關重要。輸電線路跨江塔一般距離河道近，而珠三角地區主要為海陸交互相沉積地貌，地質條件差，淤泥層厚且呈流塑狀，含水量高，例如江門市新會區三江鎮江門水道附近的淤泥層厚度普遍達到20～30 m，此種情況下，基礎設計需重點考慮特殊地質條件的影響，避免由于地基土承載力不足而出現樁不均勻沉降現象。

1 工程概況

1.1 全線概述

現狀220 kV銀三甲乙線起于220 kV三江變電站，止于220 kV銀湖變電站，工程位于江門市新會區三江鎮，沿線地形為平地。項目于2002年12月投產，線路全長4.897 km，全線桿塔21基，導線采用2×JL/LB1A-400/35鋁包鋼絞線，地線采用一根LGJX-70/40鋼芯鋁絞線和一根48芯OPGW，設計最大風速33 m/s。

1.2 #12塔設計參數及現場情況

根據運行資料，220 kV銀三甲乙線#11—#12塔跨越江門水道，屬于跨江塔，#12塔型為ZK-57。原基礎設計為單樁連梁灌注樁基礎，設計樁徑1.0 m，設計樁長34.0 m。經現場勘查，#12塔1號腿基礎樁下沉嚴重，導致連梁被拉斷破壞，造成鐵塔整體向1號腿方向傾斜，如圖1所示。

1.3 地質情況說明

本線路位于江門市新會區三江鎮，此處主要為海陸交互相沉積地貌，地形起伏相對較小，平地段海拔高度2～15 m。對#12塔進行復勘后得到土層從上至下分布情況為：素填土層5.2 m，流塑狀淤泥層24.6 m，粗砂層3.4 m，可塑狀黏土層2.3 m，粗砂層2.3 m，全風化砂巖2.9 m，強風化砂巖3.1 m，以下為中風化砂巖。地下水深度為1～2 m，地下水豐富，無腐蝕性。地質參數如表1所示。

表1 地質參數

2 不均勻沉降原因分析

2.1 特殊地質產生負摩阻力的影響

在樁周土層相對于樁側向下位移時，土產生于樁側的摩阻力方向向下，稱為負摩阻力。當樁周土層產生的沉降超過基礎的沉降時，在計算基樁承載力時應計入樁側負摩阻力。

通過上述地質情況可知，塔基處上層含水量較高的流塑狀淤泥層較厚，隨著河水沖刷，河床運動，此類土層會逐漸與樁之間產生相對位移，從而產生一定的負摩阻力，負摩阻力產生向下的力，導致樁向下壓力增大，當持力層的承載力不能滿足樁的下壓力時，樁就會產生不均勻沉降。安全起見，此類地質條件下的跨江塔基礎設計時不同于常規基礎，需適當考慮負摩阻力的影響。

2.2 樁端持力層選擇不當

跨江塔往往使用檔距大，鐵塔基礎作用力大，再加上樁負摩阻力的影響，綜合考慮，跨江塔基礎在選擇樁持力層時，應優先選擇強風化砂巖等承載力較大的土層，避免將持力層選擇為黏土層或淤泥層等承載力低的土層。

220 kV銀三甲乙線#12鐵塔基礎設計為單樁連梁灌注樁基礎，樁徑1.0 m，樁長34.0 m。地勘資料的土層分布顯示此基礎的樁端持力層位于可塑狀黏土層，而可塑狀黏土層極限端阻力較小，不宜做跨江塔持力層，因此選擇強風化砂巖層作為基礎的持力層較適宜。

2.3 計算論證

2.3.1 總述

在灌注樁基礎驗算時，應根據具體情況進行下列項目計算：

（1）承受上拔力的單樁，應計算樁的抗拔穩定性，使樁頂處的設計上拔力不大于單樁的容許上拔力[1]。

（2）承受下壓力的單樁，應計算樁的下壓承載力，使樁頂處的設計下壓力不大于單樁的容許下壓力，還應做凍切力的上拔穩定計算。

（3）在有樁負摩阻力的地方，計算時要考慮樁負摩阻力影響。樁周土層沉降可能引起樁側負摩阻力時，應根據工程具體情況考慮負摩阻力對樁基承載力和沉降的影響。當缺乏可參照的工程經驗時，可按下列規定驗算：1）摩擦性基樁：Nk≤Ra；2）端承型基樁：Nk+Qg≤Ra[2]。

2.3.2 鐵塔基礎作用力

通過查閱ZK-57塔的資料得到鐵塔的基礎作用力，如表2所示。

表2 ZK-57鐵塔基礎作用力

2.3.3 理論計算

按照上述地勘資料，考慮樁負摩阻力影響，按照最新規程、規范對#12塔基礎進行驗算。

（1）上拔承載力計算：

各層土的抗拔系數如表3所示。

表3 抗拔系數表

式中：Tuk為單樁或基樁的抗拔極限承載力標準值（kN）；λi為抗拔系數（表3）；qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值（kN/m2）；Ui為樁身周長（m）；li為樁周第i層土的厚度（m）。

設計地面以下樁自重：

式中：Gp為單樁或基樁土的自重、地下水位以下區浮重度（kN）。

式中：K為安全系數，取K=2；Tk為荷載效應標準組合計算的單樁或基樁上拔力（kN）；γf=1.25。

驗算通過。

式中：Tgk為群樁呈整體破壞時基樁的抗拔極限承載力標準值（kN）；Ggp為群樁基礎包圍體積的樁自重除以總樁數、地下水位以下區浮重度（kN）。

驗算通過。

（2）下壓承載力計算：

偏心豎向力作用下：

式中：Nkmax為荷載組合效應標準組合偏心豎向力作用下樁頂最大豎向力（kN）；R為基樁或復合基樁豎向承載力特征值（kN）；Quk為單樁豎向極限承載力標準值（kN）；qpk為極限端阻力標準值（kN/m2）；Ap為樁端面積（m2）。

驗算不通過。

通過計算得220 kV銀三甲乙線#12塔基礎的偏心下壓計算不能通過，說明樁端所在的黏土層地基承載力不能滿足要求，導致基礎出現不均勻沉降，與現場出現的情況吻合。

3 處理方法

3.1 方案闡述

考慮到此塔已運行20余年，銹蝕較為嚴重，經與業主單位協商，本次處理方案為在舊塔大號側新建一基跨江塔代替舊塔，新塔的基礎充分考慮上述影響因素重新設計。

3.2 鐵塔選型

新鐵塔需根據輸電線路導地線選型，考慮沿線地形地貌、氣象條件重新設計選型，新建鐵塔選用南方電網典型設計中的2D2W8模塊，塔型為2D2W8-Z5-57。

2D2W8 型鐵塔設計為海拔1000m以下、基本風速33m/s（離地面10 m）、覆冰厚度0 mm、導線2×JL/G1A-400/35、地線LBGJ-150-40AC的雙回路鐵塔，直線塔呈傘型布置。

3.3 基礎設計

充分考慮上述不利因素，對基礎的樁徑和樁長進行優化設計，在保證安全的前提下，盡量做到最經濟合理。經計算，新塔基礎樁徑設計為1.0 m，樁長設計為41 m，樁端持力層位于強風化砂巖層，能夠滿足受力要求?；A施工圖如圖2所示。

4 結語

鐵塔作為輸電線路的重要組成部分，其基礎設計的合理性關系到輸電線路的安全運行?？缃鳛榭缭胶降赖闹匾F塔，其安全與否不僅關系到輸電線路的安全運行，而且關系到航道的安全運行，其基礎設計尤為重要。本文針對實際工程中出現的基礎不均勻沉降現象，通過詳細分析其原因，總結出相關注意事項，提出了實際的解決方法，可供同行學習交流。