輸電線路巖石嵌固基礎(chǔ)加固處理

王永華，查傳明，王洪濤，李長慶，孫家文

(國網(wǎng)新疆電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

鐵塔基礎(chǔ)是輸電線路的重要組成部分，其失效后的維修尤為困難。原狀土基礎(chǔ)施工時以土代模，減少對土體的擾動，能充分發(fā)揮原狀地基土的承載性能，具有良好的抗拔能力和較大的橫向承載力。巖石嵌固基礎(chǔ)作為在巖石地基條件下的首選原狀土基礎(chǔ)型式被大量應(yīng)用于工程中，在巖石嵌固基礎(chǔ)基坑開挖施工時常采用爆破方式，基坑容易形成上大下小喇叭口形，造成實際基坑尺寸與嵌固基礎(chǔ)計算模型不一致，不能滿足設(shè)計要求，給后續(xù)線路安全運行帶來一定的風(fēng)險，本文通過具體工程實際情況，探討輸電線路巖石嵌固基礎(chǔ)加固處理方案，為類似工程提供借鑒。

1 項目概況

某220 kV單回路架空輸電線路工程，導(dǎo)線采用2×JL/G1A-400/35型鋼芯鋁絞線，全線架設(shè)雙地線，一根為GJ-100型鋼絞線，另一根為OPGW-100型復(fù)合光纜(48芯)，直線塔采用酒杯塔，耐張塔采用干字型塔。風(fēng)速分為35 m/s和37 m/s兩段，覆冰厚度10 mm。山區(qū)地段采用全方位長短腿及不等高基礎(chǔ)配置，為減少基礎(chǔ)土石方開挖量，降低對周圍環(huán)境的影響，基礎(chǔ)盡量選用原狀土基礎(chǔ)型式，地質(zhì)情況為角礫、強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖，人工開挖困難，設(shè)計選用巖石嵌固基礎(chǔ)型式。大部分塔位施工機械可以到位，施工條件一般。

2 設(shè)計條件

基礎(chǔ)是線路結(jié)構(gòu)最重要的受力結(jié)構(gòu)，抗拔是最重要的受力工況。在巖石地基中，為更好地利用巖石地基的抗剪作用，通常采用嵌巖基礎(chǔ)，即基坑開挖成上小下大的錐型，將鋼筋骨架和混凝土直接澆筑于巖石基坑內(nèi)[1]。

巖石嵌固基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)進行上拔穩(wěn)定、下壓承載力及基礎(chǔ)強度計算。因巖石地基的承載力比較高(強風(fēng)化硬質(zhì)巖為500～1 000 kPa)，故一般巖石基礎(chǔ)的下壓承載力不控制，該基礎(chǔ)型式的結(jié)構(gòu)強度計算和常規(guī)基礎(chǔ)內(nèi)容相同[2]，在此不再贅述，本文重點關(guān)注巖石嵌固基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定計算內(nèi)容。

嵌巖基礎(chǔ)通常由巖石的抗剪強度控制，其上拔穩(wěn)定計算表達式為：

式中：γf常規(guī)基礎(chǔ)附加分項系數(shù)，懸垂型桿塔取1.10，耐張直線(0°轉(zhuǎn)角)及懸垂轉(zhuǎn)角桿塔取1.30，耐張轉(zhuǎn)角、終端、大跨越塔取1.60；TE為基礎(chǔ)上拔力設(shè)計值，kN；D為基礎(chǔ)底板直徑，m；h0為基礎(chǔ)有效錨固深度，m；τs為巖石等代極限剪切強度，kPa；Gf為基礎(chǔ)自重力，kN。

本工程直線塔基礎(chǔ)上拔工況設(shè)計條件見表1所列。

表1 基礎(chǔ)作用力設(shè)計值kN

基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定計算值：

γf·TE=1.1×399=438.9（kN）。

經(jīng)計算，埋深為2.4 m，基礎(chǔ)主柱直徑1.0 m，混凝土強度等級選用C35，主筋為HRB400，直徑φ20。具體基礎(chǔ)型式如圖1所示。

圖1 巖石嵌固基礎(chǔ)施工圖

3 現(xiàn)場問題

在巖石基坑開挖過程中，施工單位為加快進度，采用爆破成孔方式，塔位基坑爆破時造成原始基面崩塌，形成基坑呈上大下小喇叭口外形，部分基坑有效埋深不能滿足設(shè)計要求。

嵌巖基礎(chǔ)已開挖67基，其中混凝土已澆筑完37基，經(jīng)對基坑逐基檢查，基坑普遍存在上大下小喇叭口形，且部分基礎(chǔ)有效埋深不滿足設(shè)計要求。

針對以上發(fā)現(xiàn)的問題，我們對基坑情況進行了分類分析，基坑呈上大下小外形，與嵌巖基礎(chǔ)的設(shè)計理念發(fā)生變化，即不能再按嵌巖基礎(chǔ)進行受力計算。

4 基礎(chǔ)抗拔受力分析及處理方案

4.1 已完工基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況看，巖石基坑爆破后，坑壁四周巖石較松散，基坑內(nèi)滿灌混凝土，混凝土中的漿液雖然可以將松動后的巖石重新粘結(jié)在一起，但是此時的巖石已經(jīng)不能完全恢復(fù)原巖石抗剪性能。

此時基礎(chǔ)抗拔不再考慮巖石抗剪承載力，即按重力式基礎(chǔ)進行上拔穩(wěn)定性校核，其上拔穩(wěn)定計算表達式為：

式中：γf為重力式基礎(chǔ)附加分項系數(shù)，懸垂型桿塔取0.90，耐張直線(0°轉(zhuǎn)角)及懸垂轉(zhuǎn)角桿塔取0.95，耐張轉(zhuǎn)角、終端、大跨越塔取1.10。

按式(2)進行基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定性校核。如核算后滿足式(2)要求，可不做處理；當(dāng)核算不滿足式(2)要求，基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定不滿足設(shè)計規(guī)程要求，基礎(chǔ)需要進行補強(加大)處理[3]。

經(jīng)現(xiàn)場排查和校核后，共有17基基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定不滿足設(shè)計要求，須對此部分基礎(chǔ)進行加固處理。

采用在現(xiàn)有原始基坑上部增加C25毛石混凝土配重的處理方案，具體要求為：將回填土全部清理干凈，在現(xiàn)有巖石地面上鉆錨孔，插入錨固鋼筋，用細石混凝土灌注密實，鋼筋外露部分用水平箍筋連接，將原基礎(chǔ)柱外表面鑿毛處理，毛石混凝土澆筑前用水將原基礎(chǔ)混凝土表面浸濕，基坑內(nèi)不得積水，毛石混凝土中摻入毛石比例為整體體積的25%左右，毛石粒徑控制在200 mm以下，毛石在結(jié)構(gòu)體空間中應(yīng)保證其布置均勻，漿體充分包裹，如圖2所示。

圖2 已澆基礎(chǔ)加固方案

基礎(chǔ)回填要求：基礎(chǔ)加固處理完畢后，將基礎(chǔ)周圍土體回填并壓實，基礎(chǔ)露出回填土面高度不得大于0.5 m。

4.2 未澆筑基礎(chǔ)情況分析

經(jīng)現(xiàn)場排查，共有30基已開挖暫未澆筑混凝土基坑，部分基礎(chǔ)埋深不滿足設(shè)計要求，斜坡塔位情況最嚴重。經(jīng)實測，基礎(chǔ)實際有效埋深不滿足原設(shè)計要求情況，可分為兩種：一種是全塔4個基礎(chǔ)埋深均不滿足設(shè)計要求；另一種是全塔僅有單腿基礎(chǔ)埋深不滿足設(shè)計要求[4]。

當(dāng)全塔4個基礎(chǔ)有效埋深均不滿足設(shè)計要求時，首先核對電氣平斷面圖，如導(dǎo)線對地距離裕度較大，可整體降低塔基基準面，基礎(chǔ)整體下移，埋深不足部分補足，保證有效埋深滿足設(shè)計要求。如導(dǎo)線對地距離裕度不太大，無法整體降低塔基基準面，則通過調(diào)整基礎(chǔ)尺寸，以滿足抗拔穩(wěn)定性要求[5]。

巖石嵌固基礎(chǔ)有效埋深不滿足設(shè)計要求時，可通過調(diào)整基礎(chǔ)外形尺寸，滿足上拔穩(wěn)定性要求。

4.3 未澆筑基礎(chǔ)處理方案

在現(xiàn)有爆破后基坑外形尺寸上再進行人工處理，清理松散石塊，巖石完整性得以保證，基坑底部尺寸不滿足設(shè)計要求的繼續(xù)擴頭，按式(1)進行基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定性校核。如核算后滿足式(1)要求，可不做處理；當(dāng)核算不滿足公式(1)要求，基礎(chǔ)需要進行加固處理。

經(jīng)現(xiàn)場排查和校核后，共有19基基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定不滿足設(shè)計要求，基礎(chǔ)需要進行加固處理。根據(jù)實際情況提出三種處理方案[6]。

1)增大基柱直徑尺寸(方案1)

對于基坑深度與設(shè)計要求相差不大的基礎(chǔ)，可考慮增大基柱直徑，增加基礎(chǔ)混凝土自重提高抗拔穩(wěn)定性，基柱配筋須滿足最小配筋率要求。

2)增加基礎(chǔ)埋深或加大基礎(chǔ)面積(方案2)

對于基坑埋深遠小于設(shè)計要求的基礎(chǔ)，可采用人工配合機械繼續(xù)下挖，增加基礎(chǔ)有效埋深或面積，以滿足抗拔計算要求。基柱主筋實際基礎(chǔ)露頭尺寸比原設(shè)計大，基柱彎矩增大，需重新進行結(jié)構(gòu)強度計算，基柱鋼筋總長度增加。

3)基礎(chǔ)底部增加錨筋(方案3)

對于基坑埋深遠小于設(shè)計要求、基底巖石較完整、基坑繼續(xù)開挖困難的基礎(chǔ)，可在基坑底部鉆錨孔，將鋼筋錨入巖石地基中并灌漿密實，錨筋入巖長度需滿足錨固長度要求，形成承臺式錨桿基礎(chǔ)型式[7]，如圖3所示。此時錨桿部分巖石抗剪承載力和基礎(chǔ)自重組合共同抵抗基礎(chǔ)上拔荷載，式(1)中基礎(chǔ)有效錨固深度h0計算至錨桿底，計算直徑D取錨樁外切圓直徑，基礎(chǔ)底部擴大頭尺寸由基底下壓承載力和錨桿樁間距綜合確定。基柱配筋計算與方案2相同，基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋長度保持不變。

圖3 承臺式錨桿基礎(chǔ)

4) 3種方案對比分析

對上述3種處理方案進行設(shè)計計算，將處理方案工程量及施工情況列表，比較各處理方案的差異，見表2所列。

表2 處理方案差異對比表

經(jīng)表2比較分析可知：

方案1：混凝土增加量最大，且施工困難。適用于基坑較大且埋深與設(shè)計相差不大的情況。

方案2：混凝土增加量較小，但鋼筋需現(xiàn)場連接處理，施工難度較大。適用于基坑較大或巖石較破碎、宜開挖的情況

方案3：鋼筋增加量最大，混凝土量減小，整體施工較方便，危險性最小。適用于基坑遠小于設(shè)計要求，基底巖石完整，開挖困難的情況。該方案是將巖石基坑清渣干凈，以基柱直徑為圓，等間距鉆錨孔，植入錨筋，用細石混凝土灌孔密實，露出長度滿足鋼筋錨固長度要求，鋼筋外露部分用水平箍筋連接，上部按常規(guī)巖石嵌固基礎(chǔ)進行施工。

5 結(jié)論與建議

1)巖石基坑開挖時，宜實施分層多次爆破，減少單次爆破的裝藥量，松動巖石清渣后再爆破下一層。

2)已澆筑完混凝土基礎(chǔ)抗拔承載力不滿足設(shè)計要求時，可采用C25毛石混凝土加配重處理，增加基礎(chǔ)自重，滿足基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定性要求。

3)巖石嵌固基礎(chǔ)設(shè)計時不但要滿足設(shè)計技術(shù)規(guī)程相關(guān)要求，同時也要考慮現(xiàn)場施工實際情況，在保證安全的前提下盡量利于現(xiàn)場實施，可適當(dāng)增大基礎(chǔ)埋深或基柱直徑尺寸，盡量減小擴底尺寸。