输电线路挖孔基础扩大头的取值分析-中国期刊网

输电线路挖孔基础扩大头的取值分析

包涛

四川电力设计咨询有限责任公司

1引言

输电线路工程因其输送距离远，必然经过丘陵、山地和高山等地形，此类地形受限于交通条件，主要采用掏挖基础和挖孔基础等基础型式。基础施工由于受到地形、道路、土质等限制，通常采用人工或加风镐、爆破的方式进行开挖，施工工期长且存在安全风险。本文通过研究扩大头的尺寸大小，找出扩大头的合理取值，从而减小基础埋深，达到降低施工风险的目的。

2计算条件

2.1基础作用力

选取某特高压工程中，典型塔型ZC27103B和JC27102B进行分析计算，其基础作用力如下：

塔名	Tx	Ty	Tmax	Nx	Ny	Nmax
ZC27103B	274	256	1810	360	325	2460
JC27102B	723	605	3939	820	855	5307

2.2地层参数选取

选取两种典型地质条件进行分析：

地质条件	地质条件1	地质条件2
粉质粘土（可塑）	0-3m	全部
千枚岩（强风化）	3m以下	/

各典型地质条件的主要计算参数如下：

地层名称及编号	人工挖孔基础		地基土水平抗力系数的比例系数m (MN/m⁴)
地层名称及编号	极限侧阻力标准值q_sik(kPa)	极限端阻力标准值q_pk(kPa)	地基土水平抗力系数的比例系数m (MN/m⁴)
粉质粘土（可塑）	60	1500	25
千枚岩（强风化）	130	3000	140

3计算结果

针对不同的地形，按照1-4m基础设计露高分别进行计算，扩底端侧面的斜率采用1/3，根据每个基础的受力特点，每种露头采用1.0~1.7倍不同的扩底倍数进行计算，分析受力规律。

3.1 直线塔计算结果及结论

3.1.1 地质条件1

桩径	露头	埋深	D	D/d	控制工况	混凝土	钢筋
1.2	1	6.5	1.20	1.0	上拔	8.5	743
		6	1.32	1.1	上拔	8.0	698
		6	1.44	1.2	构造	8.1	698
	2	6.5	1.20	1.0	上拔	9.6	940
		6	1.32	1.1	上拔	9.1	884
		6	1.44	1.2	构造	9.2	884
	3	6.5	1.20	1.0	上拔	10.7	1194
		6	1.32	1.1	上拔	10.2	1101
		6	1.44	1.2	构造	10.4	1101
	4	6	1.20	1.0	上拔	11.3	1498
		6	1.32	1.1	上拔	11.4	1498
		6	1.44	1.2	构造	11.5	1498

轻冰区直线塔基础作用力较小，在典型地质条件1时，不扩头挖孔桩为上拔力控制，但此时基础埋深已接近构造布置，增加扩大头尺寸，基础混凝土工程量先减后增，经济优势不明显，反而增加了基坑开挖难度，因此地质条件1条件下的直线塔建议不扩底。

3.1.2 地质条件2

桩径	露头	埋深	D	D/d	控制工况	混凝土	钢筋
1.2	1	9.5	1.32	1.1	上拔	11.9	1026
		9	1.44	1.2	上拔	11.5	981
		8.5	1.56	1.3	上拔	11.1	930
		8	1.68	1.4	上拔	10.8	885
		7	1.8	1.5	上拔	9.9	790
		6	1.92	1.6	上拔/构造	9.1	698
		6	2.04	1.7	构造	9.6	698
	2	9.5	1.32	1.1	上拔	13.1	1399
		9	1.44	1.2	上拔	12.6	1337
		8.5	1.56	1.3	上拔	11.7	1220
		7.5	1.68	1.4	上拔	11.3	1158
		7	1.8	1.5	上拔	11.1	1101
		6	1.92	1.6	上拔/构造	10.3	981
		6	2.04	1.7	构造	10.7	981
	3	9.5	1.32	1.1	上拔	13.6	1552
		8.5	1.44	1.2	上拔	13.2	1491
		8	1.56	1.3	上拔	12.8	1424
		7.5	1.68	1.4	上拔	12.5	1362
		7	1.8	1.5	上拔	12.2	1300
		6	1.92	1.6	上拔/构造	11.4	1172
		6	2.04	1.7	构造	11.8	1172
1.3	4	8	1.43	1.1	上拔	16.0	1805
		7.5	1.56	1.2	上拔	15.5	1733
		6.5	1.69	1.3	上拔/构造	14.4	1584
		6.5	1.82	1.4	构造	14.7	1584
		6.5	1.95	1.5	构造	15.0	1584
		6.5	2.08	1.6	构造	15.5	1584
		6.5	2.21	1.7	构造	16.0	1584

在典型地质条件2时，基础尺寸为上拔力控制，随着扩底倍数的增加，基础埋深降低，当扩底倍数增加到1.7倍时，基础尺寸为构造控制，建议土质条件2的直线塔扩底倍数取1.6为宜。基础设计露高增大到4m后，采用1.3m桩径位移方能满足要求，扩底倍数逐步增大后，埋深减小，混凝土降低，当埋深减小到构造尺寸后，继续增大扩大头尺寸反而导致混凝土增大，因此露高较大的基础，位移控制后不建议扩底。

3.2 耐张塔计算结果及结论

3.2.1 地质条件1

桩径	露头	埋深	D	D/d	控制工况	混凝土	钢筋
1.7	1	12.0	1.87	1.1	上拔	29.7	2399
		11.0	2.04	1.2	上拔	27.7	2218
		10.0	2.21	1.3	上拔	25.9	2037
		9.5	2.38	1.4	上拔	25.3	1950
		9	2.55	1.5	上拔	24.9	1826
	2	11.5	1.87	1.1	上拔	30.8	2906
		11.0	2.04	1.2	上拔	30.0	2804
		10.0	2.21	1.3	上拔	28.1	2592
		9.5	2.38	1.4	上拔	27.6	2490
		8.5	2.55	1.5	构造	26.1	2276
	3	11.5	1.87	1.1	上拔	33.1	3398
		10.5	2.04	1.2	上拔	31.1	3164
		10.0	2.21	1.3	上拔	30.4	3053
		9.0	2.38	1.4	上拔	28.7	2821
		8.5	2.55	1.5	构造	28.4	2710
	4	11.0	1.87	1.1	上拔	34.2	4234
		10.5	2.04	1.2	上拔	33.4	4100
		9.5	2.21	1.3	上拔	31.5	3821
		9.0	2.38	1.4	上拔	31.0	3687
		8.5	2.55	1.5	构造	30.6	3544

在典型地质条件1时，挖孔基础为上拔力控制，随着扩底倍数的增加，基础埋深降低，当扩底倍数增加到1.5倍时，埋深为构造控制，继续增大底倍数混凝土量反而增大，因此地质条件1的耐张塔扩底倍数建议取1.4为宜。

3.2.2 地质条件2

桩径	露头	埋深	D	D/d	控制工况	混凝土	钢筋
2.2	1	15.0	2.42	1.1	下压	61.1	3183
		13.0	2.64	1.2	上拔/下压	53.5	2787
		12.0	2.86	1.3	上拔/下压	50.3	2603
		11.0	3.08	1.4	构造	47.4	2405
2.2	2	15.5	2.42	1.1	下压	66.8	4055
		13.5	2.64	1.2	下压	59.8	3590
		11.5	2.86	1.3	上拔/下压	53.1	2754
		11.0	3.08	1.4	构造	52.4	2909
2.3	3	15.0	2.53	1.1	下压	75.1	4820
		12.5	2.76	1.2	下压	65.4	4164
		11.5	2.99	1.3	构造	62.2	3916
		11.5	3.22	1.4	构造	63.6	3916
2.3	4	15.5	2.53	1.1	下压	81.3	5700
		13.0	2.76	1.2	下压	71.6	4983
		11.5	2.99	1.3	构造	66.4	4166
		11.5	3.22	1.4	构造	67.8	4166

耐张塔基础下压力较大，而典型地质条件2端阻较小，挖孔基础为下压控制，随着扩底倍数的增加，基础埋深有效降低直至基础构造控制。分析数据的变化规律，增加0.1d的扩大头尺寸，基础埋深以及混凝土量降低约10%~15%，故此类地质条件通过增加扩头的手段，可降低施工风险，节约工程量。

4结论

本文共分析了两种塔型在两类地质条件下的受力情况，主要得出以下结论：

（1）典型地质条件1时，直线塔基础作用力小，基本为构造控制，扩底影响不大；耐张塔上拔工况控制基础埋深，增加扩大头尺寸可以有效降低基础埋深，减小混凝土工程量，经测算扩大倍数在1.4d时，经济性较好，施工风险相对较低。

（2）典型地质条件2时，直线塔上拔工况控制基础埋深，增加扩大头尺寸同样可以降低基础埋深，减小工程量，经测算扩大倍数在1.6倍时为宜。

（3）典型地质条件2时，耐张塔基础为下压控制，随着扩底倍数的增加，基础埋深有效降低，每增加0.1d的扩底，基础埋深以及混凝土量降低约10%~15%，此类地质条件通过增加扩头的手段，可降低施工风险，节约工程量。

【参考文献】

[1] 李保中、陈宇.直柱掏挖基础主柱及扩底尺寸对承载力影响分析[J].工业建筑，2015年第45卷增刊.

[2] 陈仁朋、张革强、孔令刚、陈云敏、邢月龙、应建国.饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010年第29卷第5期.

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