新型基礎在輸電線路中的應用

張 莉 湯曉剛

(安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽合肥 230022)

新型基礎在輸電線路中的應用

張 莉 湯曉剛

(安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽合肥 230022)

通過深入研究基礎優(yōu)化的具體措施和新型基礎的設計，開展了螺旋錨基礎、微型樁、掏挖錨桿復合基礎等基礎形式的研究，以達到適應電網建設新環(huán)境、降低工程造價，縮短施工周期的目的。

螺旋錨，微型樁，復合基礎

1 微型樁基礎的應用研究

微型樁是在樹根樁基礎上發(fā)展起來的一種新型小口徑鉆孔灌注樁，20世紀50年代始于意大利，80年代中期引入中國。微型樁一般口徑小于300mm，長細比大，樁體采用壓漿方法，將水泥砂漿或者細石混凝土與加筋材料壓入孔中，根據不同的受力情況，樁體加筋材料主要采用型鋼［1］、鋼管［2］、鋼筋［3］以及以上材料的組合。微型樁通過一種小型的鉆孔灌注設備在地基中先成孔，然后在孔中放入鋼筋籠和注漿管，經清孔后在孔中投入一定規(guī)格的石料或細石混凝土，再采用壓力注漿的形式將水泥漿液灌入孔中，形成的同徑或異徑小樁［4-7］。目前，國內微型樁主要用于房屋基礎托換和支護工程，在國內輸電線路桿塔基礎中采用微型樁的研究還較少，對于輸電線路中的桿塔基礎而言，一般要承受上拔力作用，且需要具有較強抗傾覆能力。

1.1 微型樁基礎的工程特性

與其他桿塔基礎相比，微型樁基礎具有以下良好的工程特性:

1)通過壓力注漿可明顯改善樁周土體的工程力學特性、提高地基基礎承載力。微型樁通過壓力注漿，增強基礎剛度與強度并提高樁周土體抗力。在樁身強度與剛度一定的條件下，可通過壓力注漿改善樁周土體的受力特性，提高送電線路基礎抗傾覆承載能力。2)與同體積大直徑灌注樁相比，承載能力較高，既能滿足抗壓要求，又能承受較大的上拔力和水平力。3)同樣承載力要求下，微型樁基礎工作量較小。4)微型樁基礎的布樁方式靈活。微型樁布置形式比較靈活，在工程實踐中，微型樁常被做成網狀結構(復合式微型樁)，如圖1所示。5)微型樁施工機具簡單，對場地適應性強，施工成本低。

1.2 微型樁技術經濟比較

如表1所示，以直線塔基礎荷載為微型樁基礎荷載條件，采用表2所列的典型軟土地基作為地質條件，進行微型樁基礎的設計計算。

圖1 復合型微型樁基礎形式

表1 直線塔基礎荷載 kN

表2 各土層物理力學性質指標表

以上述荷載條件和地質參數為例，在相同地質條件，相同承載力情況下，采用低承臺灌注樁基礎與微型樁基礎材料量經濟指標比較如表3所示。

從表3可看出，相同荷載與地質條件下，微型樁基礎較軟土地基中常用的灌注樁基礎造價低，節(jié)約造價約9.0%，具有較好的經濟和社會效益。

2 掏挖—巖石錨桿復合基礎應用研究

掏挖基礎是直接在地基中掏挖基坑，插入鋼筋、灌入混凝土而形成的基礎。該基礎土石方量較小，對地形和植被破壞較小，能充分利用原狀土特性，抗上拔承載力強，且可減少基礎的側向變形，澆制混凝土時又不需支模，可縮短工期，降低施工費用。但由于掏挖基礎底部擴挖有限，底板直徑不宜太大，在基礎作用力較大的塔位使用，經濟效益不明顯。對于巖石錨桿基礎一般要求巖石裸露，或覆蓋層及風化層較淺，如果巖層很深，就很難使用。

表3 微型樁基礎應用技術經濟比較

如圖2所示，掏挖—巖石錨桿復合基礎是掏挖基礎與錨桿基礎的結合，能夠充分發(fā)揮兩種基礎的優(yōu)點。在覆蓋層相對較厚(2 m～4 m)的地質條件，其具有很好的適應性。

圖2 掏挖—巖石錨桿復合基礎

在相同基礎作用力下，以3 m覆蓋層為例，采用掏挖—巖石錨桿復合基礎與掏挖基礎的工程量對比分析。如表4所示，復合型基礎可有效減少基礎混凝土、鋼筋用量以及土石方開挖量，能夠節(jié)省基礎費用約15%。

表4 掏挖—巖石錨桿復合基礎與掏挖基礎工程量對比

巖石錨桿基礎在滿足輸電線路基礎安全、穩(wěn)定承載時，其設計驗算包括錨筋的強度、錨筋與砂漿的粘結承載力、錨桿與孔壁膠結承載力、錨桿與圍巖整體抗拔承載力等。

錨桿周邊巖體在上拔荷載作用下達到破壞狀態(tài)，其破裂面一般為倒喇叭且不規(guī)則，為方便計算，破裂面簡化為以錨桿孔為中心線的倒錐體側壁曲面(見圖3)，錐角為α=90°。由多根錨桿組成的群錨基礎，當群錨為正方形布置時取，當群錨樁為圓形布置時，取a等于圓環(huán)軸線直徑加樁徑(見圖4)。

掏挖型巖石錨桿復合基礎，能夠較好地適用于覆蓋層在2 m～4 m的巖石地基，基礎的經濟性較好，但由于錨桿基礎對巖石地基的完整度及風化度要求均較高，且施工及檢測較為復雜，所以應結合塔位的地質、交通條件因地制宜的采用巖石錨桿復合基礎。

3 玻璃鋼螺旋錨基礎的應用研究

在輸電線路的工程建設中，不可避免地要通過淤泥等軟弱地質區(qū)。這類地區(qū)的桿塔基礎多采用樁基礎，雖然保證了輸電線路的安全，但材料用量較多、基坑開挖困難、投資大、工期長、對環(huán)境的影響較大［8，9］。

圖3 錨桿與巖體整體破壞示意圖

圖4 群錨計算示意圖

目前輸電線路使用的螺旋錨基礎均為金屬材質。金屬螺旋錨的使用壽命取決于錨桿的耐腐蝕性，盡管有各式各樣的防腐措施，但由于地層和地下水中腐蝕性物質的侵蝕，仍然不能杜絕金屬錨桿的腐蝕現象。

玻璃鋼螺旋錨基礎采用玻璃鋼復合材料，可旋轉自進到較深土層，鉆進過程擾動的圓柱形土體，經過一段時間靜置后，其強度將有很大程度恢復，具有施工速度快、無環(huán)境污染、不需灌漿和抗拔力大等特點。螺旋錨的埋置深度對上拔受力性能有影響，螺旋錨在砂土中上拔破壞有3種模式(倒圓錐型、局部破壞型和花瓶型)［10］。

3.1 玻璃鋼螺旋錨基礎

常規(guī)螺旋錨基礎由一個或幾個螺旋片固定在一根鋼管軸上組成錨樁，用機械或人工對錨樁施加一定的軸壓力和扭矩，將錨樁擰入土中，適用于一般土壤、河網和泥沼地區(qū)，但是錨桿長期埋入地下易腐蝕，實際工程中常出現腐蝕性斷裂破壞。

玻璃鋼螺旋錨基礎將錨桿和錨盤采用強質比很高的玻璃鋼材質代替常規(guī)的鋼管材料，材料的抗拉強度大，無蠕變變形。同時，錨桿的長度和錨盤可根據實際下錨情況靈活截取。如圖5所示，分別為單錨和多錨基礎。

圖5 單錨及多錨示意圖

3.2 玻璃鋼螺旋錨基礎優(yōu)點

1)防腐性能好。因為玻璃鋼材質自身具有優(yōu)良的防腐性能，用作螺旋錨基礎時不需額外的防腐措施，有效提高了基礎的耐久性。

2)對土體擾動小，能充分發(fā)揮原狀土的承載力。玻璃鋼螺旋錨植入土體后與原狀土緊密結合，能夠充分發(fā)揮原狀土承載力高的優(yōu)勢，承擔上拔和下壓荷載。

3)施工作業(yè)面小，能有效減少土方施工;施工速度快，施工不受季節(jié)限制，縮短工期80%以上。

4)經濟效益和社會效益好。玻璃鋼螺旋錨基礎結構簡單，由于充分發(fā)揮原狀土承載力，減少了材料消耗;批量生產時造價低;同時機械化施工，技術含量高，減少人工，節(jié)能降耗，對周圍環(huán)境影響較小。

玻璃鋼復合材料的質量輕、強度高、蠕變小、切割性能較好、抗腐蝕能力強。玻璃鋼錨桿和玻璃鋼錨盤不易產生電腐蝕和化學腐蝕，后期維護費用低，且不易老化。同時，玻璃鋼材料便于運輸和利于實際下錨長度的現場確定。玻璃鋼螺旋錨基礎可應用于一般土壤、河網、泥沼、沿海灘涂等軟弱土壤條件的地區(qū)。

［1］ 余桂紅，李紅超.錨索施工過程中微型樁對滑坡的治理［J］.中國地質災害與防治學報，2001，12(2):67-69.

［2］ 羅丙圣，葉 毅，張成軍.微型壓漿樁復合地基的應用研究［J］.土工基礎，2001，15(2):1-5.

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［5］ 史佩棟，何開勝.小樁的起源、應用與發(fā)展(Ⅰ)［J］.巖土工程界，2003，8(8):18-19.

［6］ 崔政權，李 寧.邊坡工程——理論與實踐最新發(fā)展［M］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［7］ 李海光.新型支擋結構設計與工程實例［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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［10］ Ashraf Ghaly，Adel Hanna.Uplift behavior of screw anchors in sand.I:Dry sand［J］.Journal of Geotechnical，1991，117(5): 773-793.

On application of new foundation in transm ission lines

Zhang Li Tang Xiaogang

(Anhui Huadian Engineering Consulting and Design Co．，Ltd，Hefei230022，China)

According to the research on themeasures for the foundation optimization and design for new foundation，the paper studies the foundation forms including screw anchor，micropile，excavation pile，and composite foundation，so as to fit in the new construction environment，lower engineering cost，and shorten the construction cycle.

screw pile，micropile，composite foundation

TU473.1

A

1009-6825(2015)29-0076-03

2015-08-07

張 莉(1985-)，女，工程師; 湯曉剛(1984-)，男，工程師