“平頭型”掏挖基礎(chǔ)在輸電線路工程中的應(yīng)用

余 瓊， 王 鋼

(四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016)

“平頭型”掏挖基礎(chǔ)在輸電線路工程中的應(yīng)用

余 瓊， 王 鋼

(四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016)

筆者就輸電線路工程設(shè)計中有關(guān)掏挖基礎(chǔ)應(yīng)用時常遇到的幾個問題作特別提出，并通過對相關(guān)規(guī)范、資料等的分析理解，結(jié)合國網(wǎng)公司“兩型三新” 輸電線路的設(shè)計導(dǎo)則，提出與常規(guī)設(shè)計相反的思路，即原狀土掏挖基礎(chǔ)宜采用“不露頭”的個人觀點，供各位同行作參考。

輸電線路；基礎(chǔ)設(shè)計；土石方；“平頭型”掏挖基礎(chǔ)。

隨著人們對自然環(huán)境保護意識的加強，對輸電線路塔位基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計顯得日益重要，“兩型三新” 輸電線路的設(shè)計導(dǎo)則特別提出環(huán)境保護設(shè)計應(yīng)樹立“不破壞就是最大的保護”的理念。因此，線路基礎(chǔ)在優(yōu)化設(shè)計時，在考慮基礎(chǔ)本體優(yōu)化的前提下，應(yīng)以最大限度減少土石方量、維持塔位上下邊坡及基礎(chǔ)自身的穩(wěn)定性、施工余土的合理堆放等方面進行。

1 西南地區(qū)掏挖基礎(chǔ)應(yīng)用現(xiàn)狀

西南地區(qū)輸電線路多在山區(qū)及丘陵地段走線，塔位地質(zhì)多為明顯的二元結(jié)構(gòu)。上覆土層以粘性土為主，下伏基巖以泥巖、砂巖等為主；基礎(chǔ)持力層的地基承載力較好，基坑開挖易于成型，基礎(chǔ)型式應(yīng)優(yōu)先采用原狀土基礎(chǔ)(如巖石基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)和人工挖孔樁基礎(chǔ)等)。尤其在地形較好的線路工程中，各設(shè)計單位的掏挖基礎(chǔ)使用比例均較大。為貫徹環(huán)保設(shè)計理念，設(shè)計單位在基礎(chǔ)設(shè)計中普遍采用“全方位長短腿和高低基礎(chǔ)相配合”的方法，對同一基礎(chǔ)型號又分別有2～3種不同露高的“衍生型號”，如TW2143、TW2146…。

掏挖基礎(chǔ)以基坑開挖形狀可分為斜掏挖基礎(chǔ)、直掏挖基礎(chǔ)；其中，以直掏挖基礎(chǔ)應(yīng)用較廣泛。掏挖基礎(chǔ)基柱斷面一般按圓形設(shè)計，施工時地面線以下部分以土代模，基坑成形后，直接將基礎(chǔ)的鋼筋骨架和混凝土澆入掏挖成型的土胎內(nèi)，土石方開挖量幾乎與混凝土方量相當(dāng)，環(huán)保性最佳。同時，由于減少了對原狀土的擾動，能充分發(fā)揮地基土的承載性能，在一定基礎(chǔ)作用力范圍內(nèi)能較大幅度的節(jié)約基礎(chǔ)材料和施工費用。在相同的基礎(chǔ)尺寸下，可提高抗拔承載力約1.2倍，減少挖填方40%～60%。

以往工程設(shè)計的掏挖基礎(chǔ)底板為剛性，與鐵塔連接采用地腳螺栓；近幾年，出現(xiàn)了底板配筋、與鐵塔連接采用插入角鋼連接的“斜插直掏”的基礎(chǔ)形式。我公司在500kV南德II回、東華II回、東資兩回緊湊型線路工程等四川省電網(wǎng)重點工程中均大量應(yīng)用此類“斜插直掏”的掏挖基礎(chǔ)(見圖1)， 經(jīng)濟效果顯著。

圖1 “斜插直掏”的掏挖基礎(chǔ)

2 實際工程中遇到的幾個問題

通過近年來的工程實際，參加建設(shè)的各單位對這種基礎(chǔ)形式均給予了充分的肯定。同時，施工單位也反映了幾個施工工藝上的困難：

(1)插入角鋼基礎(chǔ)頂面積水問題

鐵塔與基礎(chǔ)連接采用插入角鋼是將塔腿主材角鋼“延伸”并直接插入基礎(chǔ)；因取消了塔腳板和地腳螺栓，在大部分情況下可以節(jié)約塔身本體鋼材，所以在近年的線路工程中廣泛應(yīng)用。另一方面，無論是大開挖基礎(chǔ)還是原狀土掏挖基礎(chǔ)，設(shè)計單位通常要求采用插入式角鋼連接的基礎(chǔ)均不澆注保護帽。但是在建設(shè)后期的運行過程中，運行單位發(fā)現(xiàn)插入角鋼基礎(chǔ)的基礎(chǔ)頂面易積水，插入角鋼出現(xiàn)過早銹蝕的現(xiàn)象；這將給線路的長期運行安全留下不利因素。

為解決這一問題，我公司設(shè)計時要求施工單位將基礎(chǔ)立柱頂面澆注成“插入角鋼處高，四邊低”利于排水的形式(5%散水坡度)。但筆者從多家施工單位調(diào)研的實際情況看，若要嚴(yán)格滿足此設(shè)計要求，需對基礎(chǔ)立柱頂面進行二次抹面，施工工藝麻煩，而實際效果并不理想。因此，急需尋找一種新的方式解決這一瑕疵。

(2)掏挖基礎(chǔ)圓形模板的利用率問題

通常情況下，線路基礎(chǔ)設(shè)計均要求“基礎(chǔ)立柱露出地面至少0.2m”且出露部分混凝土澆注時均需支模。對于掏挖基礎(chǔ)而言，地面線以上部分在混凝土澆注時需支立圓形模板，所謂“以土代模”也僅是指地面線以下部分。

圓形模板有一定的特殊性。因圓形模板無法像方形鋼模板一樣靈活組合，一般須由工廠定制，利用率低、成本較高；另外，圓形模板在運輸、維護等方面上均比方形鋼模板費用高。

3 “平頭型”原狀土基礎(chǔ)的提出

筆者通過對相關(guān)規(guī)范、資料等的分析理解，對以上問題的解決方案提出一些與常規(guī)設(shè)計相反的思路，供各位同行作參考。

(1)原狀土基礎(chǔ)不露出地面，采用“平頭”型式

過去基礎(chǔ)設(shè)計都以本體材料指標(biāo)為優(yōu)化目的，基本未考慮場地植被保護、余土堆放等環(huán)保問題。另外，設(shè)計傳統(tǒng)上要求立柱露出地面一定高度是基于為防止塔材接觸土壤，產(chǎn)生銹蝕等原因而提出的，與基礎(chǔ)受力特性無關(guān)。而實際施工時，為達到基礎(chǔ)立柱出露地面這一設(shè)計要求，施工塔位基面時將無法避免開挖“小平臺”。見圖2。

圖2 山區(qū)長短腿鐵塔基礎(chǔ)開挖小平臺示意圖

在新的建設(shè)環(huán)境要求下，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5219-2005)(以下簡稱《技術(shù)規(guī)定》)附錄B中“對塔位基面設(shè)計原則要求部分”就明確指出“為使鐵塔長短腿與地面高差相適應(yīng)，在嚴(yán)格控制埋入深度情況下，鐵塔塔腿可適當(dāng)埋入基坑”。這一原則為減少塔基土石方開挖量起到了指導(dǎo)作用。

另外，《技術(shù)規(guī)定》第5.0.8條還規(guī)定：“原狀土基礎(chǔ)在計算上拔穩(wěn)定時，其抗拔深度應(yīng)扣除非原狀土層厚度”。遵循這一原則，設(shè)計人員在基礎(chǔ)設(shè)計中一般考慮此土層厚度為0.3m～0.5m。換言之，按通常方式設(shè)計計算原狀土基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)立柱基本露出高度最少要取為0.5m，甚至有的達到0.8m，衍生型號的基礎(chǔ)取值更大。眾所周知，基礎(chǔ)立柱露頭高度的增加將直接影響到樁頂水平力在基礎(chǔ)與地面結(jié)合處的初始彎矩的大小，從而也將直接增加樁身及基底彎矩，造成基礎(chǔ)尺寸及鋼筋用量的增加，基礎(chǔ)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性變差。筆者認(rèn)為可作一下簡單的改進：設(shè)計時立柱露出高度僅考慮扣除非原狀土層厚度，同時要求施工時按基礎(chǔ)立柱不露出地面，僅需立柱頂面與原始地形線平行施工既可。這樣，在無需特殊手段的前提下，不僅減少了基礎(chǔ)材料量和塔腿基坑開挖“小平臺”的土石方開挖量，同時可實現(xiàn)真正的施工“零模板”，節(jié)約大筆施工費用。

(2)插入角鋼基礎(chǔ)頂面澆注“高保護帽”，利于排水和保護塔材“一舉兩得”。

在基礎(chǔ)立柱不露頭的情況下，為保護塔材及防銹蝕，筆者建議打破傳統(tǒng)，插入角鋼基礎(chǔ)仍采取澆注保護帽的措施。設(shè)計時僅簡單的改進保護帽的施工要求：將保護帽的高度由0.3m提高到0.5m；保護帽混凝土強度等級由C10提高到C15即可。見圖3。

通過以上改進，不僅能有效保護塔材，同時也能徹底解決長期困擾運行單位“有關(guān)插入角鋼基礎(chǔ)頂面容易積水”的問題。

圖3 本文推薦的“平頭型”掏挖基礎(chǔ)

4 工程算例

以東資兩回緊湊型線路工程中采用的CZA31直線塔為例，將新舊思路進行設(shè)計的掏挖基礎(chǔ)(位于硬塑粘土的土壤狀態(tài))進行了比較，見表1。

表1 兩種思路設(shè)計的掏挖基礎(chǔ)主要參數(shù)比較

由表1可知，掏挖基礎(chǔ)按“不露頭”設(shè)計，除了實現(xiàn)施工“零模板”外，單個基礎(chǔ)鋼筋用量可節(jié)省約8%～10%，混凝土用量可節(jié)省約10%～15%。東資兩回緊湊型線路工程共采用鐵塔343基，其中CZA31直線塔171基。按每基CZA31塔2個腿用“平頭型”基礎(chǔ)計，按此計算可節(jié)約鋼筋耗量(292.5-264.1)×2×171=9712.8kg， 混凝土方量(4.26-3.83＋0.08)×2×171＝120m3。如果全線的掏挖基礎(chǔ)均按本文推薦方法設(shè)計，經(jīng)濟效益是可觀的。

5 結(jié)論及建議

(1)輸電線路工程基礎(chǔ)設(shè)計傳統(tǒng)上要求立柱露出地面一定高度是基于為防止塔材接觸土壤，產(chǎn)生銹蝕等原因而提出的，與基礎(chǔ)受力特性無關(guān)；而新的《技術(shù)規(guī)定》中塔位基面設(shè)計原則是允許鐵塔塔腿適當(dāng)埋入基坑。

(2)本文推薦在原狀土掏挖基礎(chǔ)設(shè)計時按“基礎(chǔ)立柱不露出地面”的設(shè)計思路，即設(shè)計為“平頭型”掏挖基礎(chǔ)。

(3) “平頭型”掏挖基礎(chǔ)主要有以下優(yōu)點：

①最大限度地減少塔腿基面土石方開挖，減少施工余土。

②實現(xiàn)施工“零模板”，減少施工成本。

③能明顯節(jié)約單個基礎(chǔ)的混凝土方量和鋼筋耗量。

④基礎(chǔ)頂面澆注“高保護帽”，徹底解決插入角鋼基礎(chǔ)頂面積水問題。

[1]DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S]．

[2] JGJ 94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]．

[3]張殿生．電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊[K]．北京：中國電力出版社，2003．

[4]李慶林．架空送電線路施工手冊[K]．北京：中國電力出版社，2002．

Application of the “Plane Head” Undisturbed Soil Foundation to Transmission Line Engineering

YU Qiong, WANG Gang
(Sichuan Electric Power Design & Consulting Co.,Ltd., Chengdu 610016, China)

The essay considers some of the common problems in the application of the Undisturbed Soil Foundation in transmission line.Through the analysis of related codes and regulations, and considering the new design guidelines for electric transmission engineering new idea that opposites the traditional ideas is given.The new idea suggests that it is better to make the hight of the top of the undisturbed soil foundation than it is use to be.

transmission line; foundation design; cubic metre of earth and stone; “plane head” undisturbed soil foundation.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0064-04

2011-04-08

余瓊(1965- )，女，重慶涪陵人，工程師。