電力線路工程基礎設計方案分析

吳慶華 萬志方 楊 藝 曾二賢

(中南電力設計院,湖北 武漢 430071)

1 工程概況

云南小灣送出線路工程包含多條 500kV線路,這些線路中有緊湊型線路,有常規型線路,有單回有雙回,有不同導線,鐵塔根開大、基礎作用力范圍大,設計復雜。線路路徑所處的滇西地區地質條件變化多樣,給工程基礎選擇帶來困難。

線路所經區域構造線多以短軸背、向斜為主。南部長期處于隆起狀態,斷裂活動頻繁而強烈,該大斷裂走向近南北向略呈波狀彎曲,為二級構造單元界線。

區域覆土層主要為第四系坡殘的可塑 -堅硬狀態的粉質粘土、粘土及含碎石粉質粘土,山間洼地中局部有軟塑 -可塑的沖洪積粉質粘土及粘土[2]。沿線地形以高原型低山、丘陵地貌為主,間夾少量山間盆地。在灰巖分布區,不良地質現象表現為溶蝕現象。

地表水的滲入引起表層土體滑動,是導致土體失穩的重要原因。塔基基礎施工會較大程度地改變附近地表水和地下水的排泄條件及植被生長環境,進而破壞山體原有穩定平衡狀態,對塔基穩定造成不利影響。設計上應采取針對性措施。

2 基礎選型

在計算分析比較各類基礎型式特性后,不同地質條件對應的優化基礎型式見表 1:

表1 優化基礎形式

根據以上分析,本工程按下列原則選用基礎:

1)山地巖石地基選用巖石嵌固基礎。

2)山區粘土地基,包括含碎石土粘土地基和含粘土碎石層地基的實際承載力條件適合選用插入基礎和掏挖基礎。

3)位于山間盆地的塔位,地基條件為有地下水的軟塑粘土地基選用大板基礎;盆地個別塔位的流塑粘土覆蓋層厚度達 6.0～10.0米以上時,可選用灌注樁基礎。

在明確地基基礎基本型式后,具體塔位基礎的技術方案要根據鐵塔所處的位置、鐵塔型式、地基承載力特性并技術經濟比較后按最優原則確定。同時,根據地質報告和具體塔基條件,采用必要的護坡、保坎和排水溝等方案,保護塔基穩定和自然環境。

3 基礎選型比較

本工程線路路徑以山區地貌為主,山地巖石地基條件和山區粘土地基條件約占 98%。粘土地基中工程上較為成熟的是斜柱插入式大板基礎和全掏挖基礎。這兩種基礎型式各有特點,本工程大部分地區的地質條件都可采用。山地基礎的合理選型對工程基礎材料指標和工程造價影響較大,因此,有必要對插入式大板基礎和全掏挖基礎進行技術經濟比較。

3.1 技術方案比較

插入基礎抗拔計算采用的是土重法。依靠基礎底板以上的土體重量和基礎自重抵抗上拔力(見圖 1、圖 2)。

其特點是基礎主柱與塔腿主材坡度一致,鐵塔主材內力可沿主柱軸線直接傳遞至基礎底板,大大減小了對基礎主柱和底板的偏心彎矩,與大板基礎相應也減少了主柱和底板的配筋。在線路基礎中已廣泛使用。

掏挖基礎基礎抗拔計算采用的是類似巖石基礎的 “剪切法”,依靠土體重量、基礎自重和土體凝聚力,原狀土的力學性能得以充分發揮作用,具有較強的抗拔承載能力 (見圖 3、圖 4)。

原狀土基礎開挖基坑時不擾動原狀土,避免大開挖后再填土,無需混凝土模板,對自然環境影響小。采用掏挖基礎的優點如下:

1)可充分發揮地基土的原始力學特性,與插入基礎相比,其基礎砼和鋼材用量基本相當。

2)插入基礎由于采用大開挖施工方式,基坑土方開挖量是掏挖基礎開挖量的 2～3倍。插入基礎相采用大開挖方法施工,作業面大、坑土堆放量大,對原始坡體破壞面大,基礎完成后有時需要采用擋土墻、護坡等輔助保護措施來保證基礎的穩定。

3)掏挖基礎可采用加高 (深埋)型式結合鐵塔全方位高低腿的使用,能夠充分適應原始地形,減小基礎的保護范圍。相應地減少降基值和基面開挖量。由于掏挖基礎充分利用了深層完整土體的力學性能,對原始坡體破壞小。掏挖基礎施工對原始地表的破壞小,基面開挖、施工棄土量低,有利于保護原始地表的水土和植被。掏挖基礎節約輔助保護工程的材料量,可降低基礎工程的整體造價。

4)從施工便利性分析,插入基礎和掏挖基礎都有十分成熟的施工工藝,各有特點。

插入基礎主要工序:基坑開挖、支模 (插入角鋼定位)、砼澆制、拆模、回填等施工工序。

掏挖基礎主要工序:基坑掏挖、地螺定位、砼澆制。

兩者相比,插入基礎主要增加了模板和回填工序,插入角鋼定位 (特別是高低腿的插入角鋼)對施工技術要求稍高。掏挖基礎基坑掏挖對最大深度有一定要求。

本工程的掏挖基礎的掏挖深度為直線塔 4.6米～5.5米,轉角塔 5.0～6.5米,施工企業完全能夠按照設計要求施工。目前掏挖基礎,如云廣特高壓直流工程,最大深度掏挖深度也已達 10～12米。

5)掏挖基礎的地腳螺栓連接方式利于減小地震的影響和震后的快速恢復。

3.2 經濟分析

插入基礎和掏挖基礎在技術上均滿足要求,施工方法、施工工程量和材料量略有不同。在計及施工費用和材料價格后兩者工程投資相當,掏挖基礎略低。

4 結語語

綜上所述,本工程山區粘土的地基承載力在240～280區間,是選用掏挖基礎的最佳地質條件。結合沿線地形條件、施工條件和出于保護滇西良好自然環境,本工程優先采用掏挖基礎,既體現了經濟效益又最大化地取得了環境效益。

[1]云南省地質圖說明書 1:500000.[R].

[2]云南小灣 500kV送出線路工程 《巖土工程勘測報告》.[R].

[3]DL/T5219-2005,架空送電線路基礎設計技術規定.[S].

[4]云南小灣送出線路工程施工設計說明書.[R].