高邊坡回填土復雜地質條件下多樁承臺連梁基礎設計應用研究

范夏玲

（福建永福電力設計股份有限公司 福建福州 350108）

0 引言

由于輸電線路塔位地形與地質條件復雜、地基土物理力學性質差異大，設計和施工中需要考慮的邊界條件較多，按照安全可靠、技術先進、經濟適用、因地制宜的原則選定合理的基礎型式就顯得非常重要。隨著土地資源的稀缺，輸電線路走廊日趨緊張，同時為了滿足國網公司“兩型三新”的設計要求，線路走廊需要穿越地形和地質條件十分復雜的高邊坡地形。由于桿塔所處的邊坡構造復雜，危險滑動面潛藏，再加上勘察精度的制約，以及日常維護困難等諸多原因，桿塔邊坡的穩定存在潛在威脅。與此同時，桿塔本身所受風、雪、冰凍等的瞬時或反復循環作用，也使邊坡內的土層強度大大削減［1］。目前，我國對于高邊坡軟土地形，特別是深回填土條件下的桿塔基礎設計方面的研究工作較少。本文以某輸電線路工程#11 塔進行塔位基礎設計，并對回填土邊坡進行穩定性分析，以供同行參考。

1 工程概況

某輸電線路工程#11 塔位處于素填土邊坡上，邊坡高約40 m，填土的最大深度約為37 m。為了解地質情況，對該工程進行地質勘察鉆探工作。根據鉆探揭露的地層情況，場區地基土自上而下可分為近期人工成因素填土①，早期修建鐵路時鋪設的堆填時間約20 a 的素填土①1，含碎石以黏性土為主②，砂土狀強風化粉砂巖③1，碎塊狀強風化粉砂巖③2，煤巖③夾，碎塊狀強風化泥巖④2，中等風化泥巖④3等。

根據本次勘察所獲得的各種測試成果和試驗數據，且結合當地建筑經驗，#11 塔位處的巖土層物理力學指標如表1 所示。

表1 設計計算指標值

2 基礎選型

2.1 擴展獨立基礎

當輸電鐵塔基礎坐落在承載力較好的地基土中，常采用擴展獨立基礎作為鐵塔的基礎。獨立基礎分為階形基礎、坡形基礎和杯形基礎。

2.2 筏型基礎

當填土土層及其下臥軟土厚度適中，為滿足下壓承載力和不均勻沉降要求，采用筏型基礎代替擴展基礎。筏型基礎又叫筏板型基礎，分為板式、梁板式2 種型式。

2.3 樁基礎

當鐵塔處于高邊坡深回填土地質條件下，地基進行處理后仍無法滿足承載力要求時，鐵塔基礎可選用樁基礎，樁基礎主要有灌注樁基礎和預制樁基礎2 種。

結合本工程實際地質工程情況，采用樁基礎作為此工程的基礎型式，#11 塔所處邊坡位置如圖1 所示，設計的樁基礎布置圖如圖2 所示。其中A 腿與上邊坡距離較近，C 腿與D2 腿處于下邊坡處。由于D 腿正下方存在滲排水系統，為避免破壞滲排水系統，故采取的方案為：G11 塔樁基A、B、C 腿采用單樁基礎，D 腿樁基礎采用雙樁承臺基礎避開滲排水系統，并用連梁連接A、B、C 樁和D 基礎的承臺柱形成1 個整體，成為1 個框架結構。

圖1 #11 塔位置地址示意圖

圖2 #11 塔樁基礎布置圖

3 基礎設計計算

3.1 負摩阻力計算

由于#11 塔位處于高回填土區，回填土在短時間內并未完全固結，使得地基土的下沉位移量大于樁的位移量，樁-土之間產生相對位移即產生向下的摩擦阻力，作用在樁側單位面積上的力稱為負摩阻力。把負摩阻力當作外部荷載來進行樁基承載力的計算，故樁基受上部鐵塔傳遞的豎向力和負摩阻力作用。

根據《建筑樁基技術規范》（DL/T 5219—2005）規定［2］，樁側負摩阻力及其引起的下拉荷載，當無實測資料時可按下列規定計算：

中性點以上單樁樁周第i 層土負摩阻力標準值，可按式（1）。

3.2 水平主動土壓力計算

工程設計中通常將樁基埋進入持力層，#11 塔處在高邊坡處，考慮到邊坡填土對樁基可能存在較大的水平主動土壓力，為安全起見，計算一定懸臂長度h 的水平朗肯主動土壓力值作為水平力附加到基礎力中（此工程中h 取值5 m），總主動土壓力計算公式如式（2）所示［3-4］。

式中：h 為懸臂長度，m；γs為填土容重，kN/m3；φ 為填土內摩擦角，（°）。

3.3 樁基礎計算

3.3.1 鐵塔基礎力

如圖2 所示，考慮鐵塔樁基礎最不利受荷條件，A、B 2 樁中心受到水平側向力與上拔力作用，C 樁與D 承臺中心受到水平側向力與下壓力，鐵塔基礎力的如表2所示。

表2 鐵塔基礎力 單位：kN

3.3.2 樁基計算

利用架空輸電線基礎設計軟件-灌注樁基礎（北京百合公司），對該鐵塔基礎進行計算，軟件計算流程如圖3 所示。

圖3 計算流程圖

計算得到A、B、C 塔腿樁基數據：

（1）樁：直徑d=1.8 m，樁埋深H=45 m，自由長度L=5 m，樁總高度h=50 m，樁主筋直徑d=22 cm，樁主筋數量n=48 根；

（2）連梁：寬=1.28 m，高=1.6 m。

D 塔腿樁基數據：

（1）承臺尺寸為：高h=1.6 m；長x=12.6 m，寬y=2.6 m。

（2）樁：直徑d=1.6 m，樁埋深H=42.5 m，自由長度L=5 m，樁總高h=47.5 m，樁主筋直徑d=22 cm，樁主筋數量n=40 根。

（3）承臺柱：高度h=2 m；長x=1.28 m，寬y=1.28 m；承臺露出約1.2 m。

4 邊坡穩定分析

#11 塔為四回路轉角塔，其下壓力和側偏力較大，故有必要對邊坡在立塔緊線后的穩定性進行分析。且離邊坡坡腳30 m 處有1 條貨物運輸鐵路，邊坡穩定分析對建設起至關重要的作用。該填土覆蓋層較厚，邊坡為人工放坡，并未經過加筋處理，該填土邊坡已施工4 個月左右，為了確保邊坡在立塔緊線后依然穩定，需進行穩定性分析。#11 塔邊坡現場圖如圖4 所示。

圖4 #11 塔邊坡現場圖

采用北京理正巖土軟件中邊坡穩定性分析軟件，利用計算程序自動搜索最不利滑動面。根據坡面斷面數據，該工程邊坡坡度為1∶1.5。考慮到水平基礎力的影響，故在邊坡上施加一定角度的均布荷載。填土物理指標參數參考表1。圓弧穩定分析方法采用瑞典條分法，土條重切向力與滑動方向相反時，當下滑力對待；采用自動搜索最危險滑裂面計算安全系數，如圖5 所示，得到安全系數為1.86，符合規范要求［6］。

圖5 邊坡潛在滑裂面示意圖

由于A 腿樁基礎離上邊坡較近，為安全起見，把A樁基當作抗滑樁進行驗算。采用北京理正巖土軟件中抗滑樁設計軟件得到A 基礎的設計值。在驗證A 樁基時，把邊坡下滑產生的下滑力水平分力累加到鐵塔基礎力上。通過理正邊坡穩定分析軟件完成滑坡推力的計算，如圖6 所示，得到上邊坡的滑坡剩余下滑力為136.49×sin27°=61.7 kN。

圖6 計算滑坡推力示意圖

由北京理正巖土軟件中抗滑樁設計軟件計算，其中樁后剩余下滑力水平推力為61.7 kN，按照滑坡推力作用情況計算得到抗滑樁樁身配筋為15 268 mm2，小于架空輸電線基礎設計軟件設計得到的樁配筋面積18 600 mm2，符合要求。

5 結語

因高邊坡回填土復雜地質條件對輸電線路鐵塔基礎選型設計具有較強的復雜性，本工程優化基礎設計，選擇高樁承臺連梁基礎形式，并綜合考慮到負摩阻力以及高回填土對樁基的側向水平力的影響。并分析了邊坡在立塔緊線后的穩定性，得到安全系數1.86，符合規范要求。鐵塔4 個腿樁基，其中處于上邊坡邊坡腳處的A樁基礎，受力較復雜，把A 樁基作為抗滑樁進行計算，并和架空輸電線基礎設計軟件計算值進行比較，發現兩者較為吻合。