基于線路設計軟件計算的掏挖基礎上拔穩定的討論

佟　年

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安　710065)

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基于線路設計軟件計算的掏挖基礎上拔穩定的討論

佟年

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安710065)

摘要：針對架空送電線路基礎設計技術規定新舊規范中“剪切法”計算模型的差異化導致掏挖基礎結構設計尺寸大小不一的問題，從計算模型與各線路基礎設計軟件應用的角度，討論了采用“剪切法”不同計算模型對上拔極限承載力的影響，最后通過掏挖基礎在各設計軟件中的計算結果比對得到：以新規DL/T5219—2014“剪切法”計算模型為核心的D-software設計結果可靠度較高、經濟性較好。

關鍵詞：輸電線路；掏挖基礎；上拔穩定；極限承載力；計算模型

1相關概念

抗拔穩定計算是輸電線路桿塔基礎設計的一項重要內容，通常采用“土重法”或“剪切法”計算。“土重法”主要應用于大開挖類基礎的上拔穩定計算，“剪切法”主要應用于掏挖基礎的上拔穩定計算。“上拔角”是“土重法”計算抗拔承載力的核心，“無因次數”是“剪切法”計算抗拔承載力的核心。

2掏挖基礎設計中主要問題分析

DL/T 5219—2005《架空送電線路基礎設計技術規定》[1](以下簡稱“舊技規”)中提到“剪切法”主要采用無因次數曲線進行計算，而條文說明中同時給出了“剪切法”的理論計算模型，在DL/T 5219—2014[2](以下簡稱“新技規”)中，“剪切法”主要采用新理論計算模型。目前由于各線路基礎設計軟件“剪切法”計算模型的差異化導致了掏挖基礎結構設計尺寸大小不一，表1給出了各線路基礎設計軟件“剪切法”的主要計算模型。

表1　各線路設計軟件“剪切法”的計算模型表

(1) 計算模型1中，掏挖基礎抗拔承載力主要是通過無因次數A1、A2隨深寬比H/D和內摩擦角φ變化的曲線來確定。當內摩擦角φ≥20°時，曲線中未給出無因次數A1、A2的取值，但可根據A1曲線變化趨勢判斷A1取值將趨向于0。

(2) 計算模型2[3-5]中，“舊技規”[1]條文說明第6.2條中給出了“剪切法”通用原型計算公式，該公式為一個多項式，未給出無因次數A1、A2具體表達式。根據文獻[3]可知，該原型公式可通過“歸一化”處理得到對應于“舊技規”中“剪切法”的計算參數A1、A2的公式，當H/D一定時，A1隨φ增大而增大，與“舊技規”中的A1曲線變化趨勢相反。當φ≥20°時，A2理論值與查圖值存在很大差異，A2理論值大于查圖值。由“歸一化”處理的A1、A2計算得到的抗拔剪切阻力理論值大于查圖計算值，見圖1。文獻[3]最終通過試驗值與理論值的對比得到，采用計算模型2得到的上拔極限承載力與試驗值具有較好的吻合性。

圖1　計算模型1與計算模型2結果對比情況圖

(3) 計算模型3中，抗拔承載力由基礎混凝土自重、滑動面上剪切阻力的垂直分量及抗拔土體圓弧滑動面內抗拔土體重量3部分組成，而在“舊技規”中基礎抗拔承載力僅由混凝土自重及滑動面上剪切阻力的垂直分量2部分組成。同時，“新技規”引入了與圓弧滑動面內土體自重有關的無因次數A3。

3不同設計條件下各計算模型的計算結果對比

3.1不同計算模型極限上拔承載力的計算結果對比

設定設計計算條件1：基礎結構尺寸和上拔力設計值相同(見表2)，比較在內摩擦角不同情況下，不同計算模型的極限上拔承載力之間的相對關系。

表2　設計計算條件1表

以某工程110 kV雙回路直線塔型為例，在基礎設計荷載和除內摩擦角以外其他地質參數相同的情況下，分別用S-software、B-software和D-software按設計條件1進行驗算，計算結果參見表3。

表3　各線路設計軟件上拔穩定計算結果對比表

通過表3數據可以看出：隨著內摩擦角的增大，S-software極限上拔承載力呈現先遞減再增加的趨勢，B-software極限上拔承載力呈現逐漸遞增的趨勢，且當內摩擦角一定情況下，B-software極限上拔承載力計算值大于S-software極限上拔承載力計算值，相對百分比在13%～53%之間。這些變化趨勢與文獻[2]中查圖值和理論值的變化趨勢趨于一致，由此說明采用計算模型2的B-software計算結果相對準確。

D-software和B-software極限上拔承載力計算值均與內摩擦角呈正相關性變化，且當內摩擦角一定時，D-software極限上拔承載力計算值較S-software極限上拔承載力計算值降低9%左右，這體現出 “新技規”中新增加的無因次數A3對于極限上拔承載力的影響，該參數考慮了圓弧滑動面內土體自重對剪切阻力的影響，抗拔承載力計算值較“舊技規”值略有降低，保證了工程設計的可靠性。

3.2各設計軟件的結構設計尺寸及其經濟性對比

設定設計計算條件2：內摩擦角、上拔力設計值相同(見表4)，比較不同計算模型計算出的結構設計尺寸及其經濟性。

表4　設計計算條件2表

在地質參數取值及基礎設計荷載相同的條件下，用各線路基礎設計軟件對某工程的220 kV直線塔進行掏挖基礎設計，設計過程中保證設計裕度值在1%左右，計算結果參見表5。

表5　各線路設計軟件上拔穩定計算結果對比表

縱向對比設計計算結果可以看出，S-software設計出的掏挖基礎結構尺寸偏于保守，混凝土用量及鋼筋用量偏高，這說明采用計算模型1設計掏挖基礎時，將導致掏挖基礎的材料浪費及綜合造價偏高。對比B-software和D-software的設計結果，二者在結構設計尺寸上相當，由于采用計算模型3設計掏挖基礎時，抗拔承載力較計算模型2降低9%左右，導致D-software較B-software混凝土方量略有增加，但從經濟性的角度看，二者的綜合造價相差不大。

4結語

對應用比較廣泛的鐵塔掏挖基礎，本文通過采用“剪切法”的不同計算模型的鐵塔基礎設計軟件計算，可得到以下結論：

(1) 計算模型1在計算抗拔承載力時，計算結果偏大，而采用計算模型2時，其計算結果相對準確，在設計條件相同的情況下，由于計算模型3考慮了圓弧滑動面內土體自重對土體剪切阻力的影響，抗拔承載力計算值較計算模型2降低9%左右。

(2) 采用計算模型1進行掏挖基礎設計結果偏于保守，綜合造價偏高。采用計算模型3與計算模型2相比，掏挖基礎結構設計尺寸相當，混凝土方量稍有增加，綜合造價相差不大，更好地兼顧了工程設計的經濟性及可靠性。

參考文獻:

[1]DL/T5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定[S].北京：中國電力出版社，2005.

[2]DL/T5219-2014,架空送電線路基礎設計技術規定[S].北京：中國電力出版社，2014.

[3]魯先龍.《架空送電線路基礎設計技術規定》中基礎抗拔剪切法計算參數A1和A2的研究[J].電力建設，2009(30):12-17.

[4]LU Xian-long，CUI Qiang．The bearing capacity character of enlarged base shallow foundation under uplift load[C].//Volumes 243-249 of Advanced Materials Research.2011International Conference on Civil Engineering, Architecture and Building Materials(CEABM20I 1),June,18-20,2011，Haikou，China．Tram Tech Publicationshd，CH-8635 Durnten-Zurich，Switzerland，and TramTeeh Publications Inc，Enfield NH 03748,USA.2011:2151-2156.

[5]魯先龍,程永鋒,張宇.輸電線路原狀土基礎抗拔極限承載力計算[J].電力建設,2006,27(10)：28-32.

Study on Stability Against Uplift on Excavated Foundation Calculated by Software of Transmission Line Design

TONG Nian

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065,China)

Abstract:The difference of the calculation model of Shear Method specified in both original and revised specification for foundation design of the overhead transmission line results in different design size of the excavated foundation structure. In terms of calculation model and application of the foundation design software, influences on the ultimate uplift bearing capacity by the different calculation models of the Shear Method are studied in the paper. Through comparison of the calculations of the excavated foundation in various design software, it demonstrates that the design by D-software with the calculation model of the Shear Method specified in the revised specification DL/T5219-2014 is high in reliability and better in economy.

Key words:transmission line; excavation foundation; stability against uplift; ultimate bearing capacity; calculation model

中圖分類號：TM753

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.019

作者簡介：佟年(1987- )，男，吉林省四平市人，助理工程師，從事輸電線路結構設計及研究工作.

收稿日期：2015-12-20

文章編號：1006—2610(2016)02—0070—03