送電線路鉆孔灌注樁設計和應用

孫巖 馮麗 馬強

【摘 要】鉆孔灌注樁的應用，設計方法做以簡述，著重闡述了其承載力。穩定性及強度的計算方法，解決設計難點，使設計簡要明了。

【關鍵詞】輸電線路、灌注樁

【中圖分類號】TM621.5【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0370-02

一、鉆孔灌注樁的應用

送電線路基礎中，在正常地質條件下，普遍采用“大開挖”式現澆鋼筋混凝土基礎，但在軟弱地基或跨河中普遍采用鉆孔灌注樁以保證送電桿塔安全。

二、鉆孔灌注樁的適用條件

送電線路桿塔處于下列位置時必須使用鉆孔灌注樁：

處于地下水位高的易產生流砂現象的粉砂、細砂和軟塑、流塑狀態的粘性地基的塔位；

處于設計洪水位高且有漂浮物危害的跨河段塔位。

三、鉆孔灌注樁基礎的設計計算項目

1.承受上拔力的單樁，計算樁的抗拔穩定性，并使樁頂處的設計上拔力T不大于單樁的允許上拔力[Ta]；

2.承受下壓力的單樁，計算樁的下壓承載力，使樁頂的設計下壓力N不大于單樁的允許下壓力[Na]，還應作凍切力的上拔穩定計算；

3.承受水平力和彎矩的單樁，計算樁身的最大彎矩Mmax及其作用位置Z以及樁側向的最大土壓力σz（max），并使其不大于側向上的容許承受力[σz]；

4.樁身的正截面強度應按圓形偏心受拉或偏心受壓構件計算。

四、設計步驟

1.基礎設計的主要資料

水文地質資料：220kV及其以下線路30年一遇的最高洪水位為設計洪水位，洪水期間局部沖刷深度及水的縱向平均流速；

工程地質資料：基礎設計深度各土層內土的物理力學特性，包括天然容重、天然含水量、天然孔隙比、容許承載力R，凝聚力以及內摩阻角；

基礎作用力

設計最大風速時基礎上拔力（T）、下壓力（N）及風荷載（Hxy）；

設計最高洪水時，取與最大風速時的條件組合

基礎作用力取最大風速時的0.75倍

動水壓力Qw=0.75KwγwUwD0/2g（KN/m）

Kw 基形系數 圓形取0.8

γw 水的容重 一般取10（KN/m3）

U w 水的縱向平均流速（m/s）

g 重力加速度取9.81（m/s）

漂浮物沖擊力Qw=Uw/gt （KN）

W 設計漂浮物重力（KN）

關于撞擊時間 一般取1秒

2.基礎型式

U 樁身截面的周長（m）

Τp 樁周土單位面積的加權平均極限摩阻力（KN/m2）

A 樁身截面的面積（m）

Σr 樁周土單位面積的極限承載力（KN/m2）

Q 設計地面以上樁身有效重力加上樁徑不小于1.0m時，設計地面以下樁身之半的重力（KN）

K1基礎穩定設計安全系數

容許上拔力[Ta]=（аb Uhτp+ Qf）/K1≥T

Аb 樁周土極限摩阻力的上拔折減系數 取0.6-0.8

Qf 樁身有效重力（KN）

凍切穩定性驗算

埋置于季節性凍土中的受壓樁基礎，尚應按下式驗算樁身受凍切力

作用的穩定性

τtAt≤[Ta]

τt 季節性凍土層中，樁周土的凍切力（KN/m）

At 季節性凍土層中，樁的側表面積At=πD0Z0（m）

Z0 標準凍結深度，鐵嶺境內取1.35m

4.樁穩定驗算

驗算最大洪水時的情況

計算參數

4.1基樁的計算寬度b

當樁基直徑D0>1.0m時，b=0.9（D0+1.0）

當樁基直徑D0≤1.0m時，b=0.9（1.5D0+0.5）

變形系數αm

M 樁側上的側向比例系數

EI 樁的抗彎鋼度，直線塔EI=0.8EhI 轉角終端塔EI=0.667 EhI

Eh 混凝土的彈性模量

I 樁截面的慣性矩I=πD0 /64

局部沖刷線處的樁身內力

由受力分析可知，樁身受水平力有風荷載Hxy、動力壓力Qw及漂浮物沖擊力Qw，根據理論力學原理可得：

切力Q0=Hxy+Qw+Qm

彎矩m0=Hxy（h0+ht）+ Qm（h0+ht）+ Qm（h0+ht）

4.2計算樁的最大彎矩Mmax和最大上壓力（бz）max及其位置z

根據《基礎規程》，按照m簡捷法計算規定，可計算出

求Mmax 根據αm=M0/Q0=CI由《基礎規程》附表B.7和B.8查對應的αmZ和CII，可求出Mmax=M0CII及其位置Z

求（бz）max 根據αm=M0/Q0=CIv由《基礎規程》附表B.10和B. 11查對應的αmZ和Cv，可求出（бz）max=αmQ0Cv /b及其位置Z

5.橫向穩定驗算

（бz）max應符合下列條件

當（бz）max的位置≤（h-h0）/3時

（бz）max≤4（γZtgφ+C）/K1COSφ

當（бz）max的位置>（h-h0）/3時

（бz）max≤4（γ（h-h0）tgφ/3+C）/K1COSφ

φ 樁側上的內摩阻角

C 樁側上的凝聚力（KN/m2）

Z 最大上壓力處自局部沖刷線算起的深度（m）

γ 樁側上的有效容量（KN/m3）

K1 設計安全系數

6.樁身強度驗算

也即樁身配筋驗算。根據材料力學原理，可知，送電線路中應用的鉆孔灌注樁屬于偏心受力構件，因此，其受拉樁和受壓樁強度分別按圓形偏心受拉和偏受壓構件計算。

受拉樁：由于在送電線路中的受拉樁的偏心矩е0>гg/2，根據力學原理，屬于圓形大偏心受拉構件，則其圓形正截面的縱向鋼筋的截面積總和Ag，可按下式計算：

Ag=α1AhRw/Rg

Ah 計算截面的混凝土面積（m）

Rw 混凝土的彎曲抗壓設計強度（KN/m）

α1 可根據П1和е0查《圓形截面配筋α1系數圖表》查得，其中：

П1=K4T0/ AhRw

е0=M0/T0

Rg 鋼筋抗拉得設計強度（KN/m2）

受壓樁：按圓形偏心受壓構件計算，其大小偏心可按下列方法判別：

當α≤0.5時，為圓形大偏心受壓構件

當α<0.5時，為圓形小偏心受壓構件

當樁身為圓形大偏心受壓構件時，其縱向鋼筋截面面積之和Ag為

Ag=α1（Ah Rw/Rg）

α 由β=е0/D0和П1=K4T0/ AhRw查《送電設計手冊》“圓形截面偏心構件用П1值”表可得

當樁身為圓形小偏心受壓構件（α>0.5）時，其Ag應符合下式：

K4N（е+гg） ≤（Ah Ra+η1RgAg）гg

η1 當е0≥гg時 η1=2/3

當е0=0時 η1=1.0

當е0<гg時 η1=1-е0/3гg

е0 縱向力對截面重心的偏心矩

Ra 混凝土的軸心抗壓設計強度（KN/m2）

Rg 鋼筋抗拉強度（KN/m2）

Гg 鋼筋與樁軸心的距離（m）

K4 鋼筋混凝土構件的強度安全系數

N 下壓力

五、計算分析

1.單樁的容許承載力：受壓樁由樁側上的摩阻力、樁端上的承載力和樁身的幾何尺寸決定，受拉樁由樁側上的摩阻力和樁自身重力決定，隨著它們增大而增大。當樁端承載力較大時，下壓樁可以減少如土深度或樁直徑，當樁端嵌入中等風化巖3d時，可不計摩阻力的影響；而當樁端上的承載力較小時，應增大如土深度或樁直徑，容許下壓力主要由摩阻力來完成。

2.單樁的橫向穩定性：主要由樁側上的內摩阻角（φ）和凝聚力（C）和樁身剛度決定。樁身的抗彎剛度EI越大，則所需的最大上壓力就越大，而樁側上的內摩角（φ）和凝聚力（C）越大，則提供給樁身的上壓力就越大，穩定性就越好。

3.樁身強度：主要由配筋率和鋼筋混凝土設計強度決定。《灌注樁規程》允許范圍內，配筋率越大，樁身強度大；而鋼筋和混凝土設計強度取得越高，同樣條件下，所需配筋率可以減少。

參考文獻

[1] 中國電力出版社出版 張殿生主編《電力工程高壓送電線路設計手冊》

[2] 《架空送電線路基礎設計技術規定》DL/T5219-2005

[3] 《66kV及以下架空電力線路設計規范》GB50061-97