金寨抽水蓄能電站施工供電鐵塔基礎設計優化

孫 勝 利

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

金寨抽水蓄能電站施工供電鐵塔基礎設計優化

孫 勝 利

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

根據實際地質情況和施工單位的能力，對原掏挖基礎分別進行巖石基礎和樁基礎兩次優化，節省了工期和投資，降低了工程風險，對山區鐵塔基礎的設計有一定的參考價值。

基礎，優化，設計

1 概述

金寨抽水蓄能電站為日調節純抽水蓄能電站，裝機容量1 200 MW，以兩回500 kV線路接入500 kV皋城變電所。建成后承擔安徽電網調峰、填谷、調頻、調相及緊急事故備用等任務。

工程區屬中低山丘陵地貌，高程在130 m～850 m之間。多年平均氣溫15.8 ℃，極端最高氣溫為41.6 ℃，極端最低氣溫為-13.9 ℃。多年平均風速1.5 m/s，最大風速15.0 m/s。

工程區出露的地層主要有英山溝組角閃斜長片麻巖、混合片麻巖和蚌埠期侵入的角閃巖及第四系覆蓋層。覆蓋層表層為耕殖土、素填土，下部為粉質黏土。

工程區地下水可分為基巖裂隙水和孔隙性潛水。基巖裂隙水賦存于基巖裂隙、斷層破碎帶中，以潛水類型為主；孔隙性潛水分布于第四系覆蓋層及全風化巖(土)層內，埋藏深淺不一。

為滿足電站工程施工需要，在施工區內建設施工供電系統，包括：10 kV開閉所，2回電纜進線(從35 kV張沖變引接電源)，6回10 kV出線線路(引接至施工區內各終端桿向各施工部位供電)。

2 原設計

采用《國家電網公司輸變電工程通用設計》(110(66 kV)輸電線路分冊)66 kV鐵塔型式，主要有06B1-Z2，Z3，J1，J2，J3，J4，06B4-SZ2，SJ1，SJ2，SJ4和06B5-SJ4，基礎作用力同樣采用通用設計。采用掏挖基礎，每基4個基礎，樁徑0.9 m，埋深2.5 m～5.5 m，擴底尺寸1.3 m～3 m，采用C30混凝土，基礎受力鋼筋采用1618/20/22。地基承載力特征值不小于180 kPa。

3 問題的提出

施工過程中，共有22基基礎開挖一段后遇到強風化巖石(或中風化巖石)，根據地勘報告，強風化巖石的飽和抗壓強度達到1 MPa左右，屬軟質巖。若按圖施工，爆破工作量大，底部擴挖難度大(樁徑0.9 m，操作空間狹小)，同時存在較大風險。施工單位請求優化原設計。

原設計掏挖基礎下壓、傾覆穩定計算、截面配筋均滿足要求，控制工況為上拔穩定計算，據此展開設計優化。

4 第一次優化

根據《架空輸電線路基礎設計技術規程》[1]，采用承臺式巖石基礎(認為原混凝土柱為承臺)。巖石基礎應用廣泛，技術較成熟[2-5]。

4.1計算過程

以3號線C6塔基為例進行計算分析，Tmax=407.72 kN，Tx=41.48 kN，Ty=38.63 kN。樁徑0.9 m，錨樁距離圓心0.35 m，共設6個錨樁。

首先根據式(1)計算出單樁上拔力設計值。

(1)

其中，Ti為群錨樁的單樁上拔力設計值，kN；n為錨樁數；Mx，My分別為作用于承臺頂面上水平力對通過群錨重心的X軸和Y軸的力矩，kN·m；Xi，Yi分別為錨樁i至通過群錨重心Y軸和X軸的距離，m。

由于各個基礎已開挖的深度不一，承臺重Gf較難計算，計算忽略此值，偏保守。計算彎矩時假定力矩為1 m。

由式(1)計算得Ti=78 kN。

根據式(2)計算鋼筋面積，選擇鋼筋直徑。

Ti≤fyAn

(2)

其中，An為單根錨筋的凈截面面積，mm2；fy為錨筋的抗拉強度設計值，HRB400鋼筋為360×103kPa。

由式(2)計算得An=217 mm2，選用25鋼筋，An=491 mm2。

單根錨筋與砂漿粘結承載力，應滿足式(3)的要求。

γfTi≤πdl0τa

(3)

其中，d為錨筋直徑，0.025 m；l0為錨筋的有效錨固長度，取35d=0.875 m；τa為鋼筋與砂漿的粘結強度，C30級砂漿取3 000 kPa；γf為基礎附加分項系數，取1.60。

經計算滿足要求。

單根錨樁與巖石間粘結承載力，應滿足式(4)的要求。

γfTi≤πDh0τb

(4)

其中，D為錨樁直徑，取0.075 m；h0為錨樁的有效錨固長度，取3 m；τb為砂漿與巖石間的粘結強度，取200 kPa。

經計算滿足要求。

巖石抗剪承載力應滿足式(5)的要求。

γfTE≤πh0τs(D+h0)

(5)

其中，D同式(4)，取0.075；h0同式(4)，取3；τs為巖石等代極限剪切強度，取30 kPa。

經計算滿足要求。

同時，錨樁間距0.37 m小于樁徑D的6倍(0.45 m)，還應滿足式(6)的要求。

γfTE≤πh0τs(a+h0)+Gf

(6)

其中，a為群錨樁外切直徑，取0.9+0.075=0.975 m。

經計算滿足要求。

4.2設計圖紙要求

1)錨桿應錨入強風化巖石3 m，外露1 m，上部采用彎鉤錨固的形式；

2)錨桿采用HRB400鋼筋，砂漿強度等級為M30；

3)錨桿鉆孔直徑不小于75 mm，孔深應大于錨入長度50 mm以上。鉆孔前，應定出孔位，作出標記，注漿要求充實飽滿；

4)錨桿安裝前應用高壓水或高壓風將孔內積水和巖粉吹洗干凈。桿體外露部分應注意保護，3 d內不得敲擊、碰撞，7 d后才允許澆筑外圍混凝土；

5)應分組抽樣檢查漿體密實度，按錨桿數量的1%進行拉拔力試驗，或按照監理工程師的要求隨機抽樣檢查。

砂漿錨桿詳圖和平面布置圖見圖1，圖2。

5 第二次優化

由于施工單位設備不足，人工鉆75 mm、深3 m的孔難度較大，施工單位再次請求優化。

根據規程[1]和《建筑樁基技術規范》[6]，結合實際的地質情況，采用嵌巖樁基礎。

不考慮已開挖覆蓋層、全風化巖石側阻力的作用，計算偏保守。

計算基樁自重時，樁身長度取地下部分長度，忽略地面以上長度。

5.1計算過程

依然以3號線C6塔基為例進行計算分析。

根據式(7)計算單樁抗拔極限承載力標準值Tuk。

γfTk≤Tuk/K+Gp

(7)

其中，Tk為按荷載效應標準組合計算的單樁上拔力，取設計值407.72 kN，偏保守；γf為基礎附加分項系數，取1.60；K為安全系數，取2；Gp為基樁自重，地面以下高度取3 m。

經計算，Tuk=1 209.28 kN。

根據式(8)計算入巖深度li。

Tuk=∑λiqsikuili

(8)

其中，ui為樁身周長；qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值，結合地勘報告和規范[6]，取強風化巖石的側阻力標準值為140 kPa；λi為抗拔系數，取1。

鑒于入巖深度較小，認為巖石全部為強風化巖石，i=1(實際可能還有中風化、微風化，偏保守)。

經計算，li=3.05 m。

5.2設計圖紙要求

1)基礎必須挖至設計深度及以下，保證計算入巖深度要求，其余同原設計；

2)孔口及孔壁不穩定部位應采取護壁措施，混凝土澆筑前清除不穩定塊石，保證巖面粗糙；

3)施工單位應按圖紙要求嚴格控制爆破參數以保證巖體的完整性和穩定性。

6 結語

施工供電鐵塔基礎經過兩次優化，滿足了現場施工的要求，節省了工期和投資，降低了工程風險，目前已完工并安全運行。主要結論如下：

1)原設計鐵塔基礎均為掏挖基礎，這種基礎主要適用于粘性土和土質好的非巖石地基[7,8]，原設計應根據地質情況提供不同的基礎形式為宜；

2)因優化基礎數量眾多，未進一步區分轉角塔基礎上拔和下壓的實際受力情況，一律按上拔穩定計算，偏保守；

3)規程[1]計算單樁抗拔極限承載力標準值Tuk比規范[6]偏保守；

4)計算的一些假定，使得計算結果偏保守；

5)從鋼筋混凝土基礎和澆筑混凝土角度看，掏挖基礎與樁基礎并沒有嚴格的區分，不同之處僅僅體現在基礎底部的形式。

[1] DL/T 5219—2014，架空輸電線路基礎設計技術規程[S].

[2] 唐其練,羅 斌.新型巖石嵌固基礎在500 kV線路中的設計與應用[J].江西電力，2000，24(3):6-7.

[3] 董 曄,劉 杰.國內外巖石錨桿設計之比較[J].地質與資源，2001，10(4):235-238.

[4] 程永鋒，魯先龍，鄭衛鋒.輸電線路工程巖石錨桿基礎的應用[J].電力建設，2012，33(5):12-16.

[5] 鄭衛鋒，魯先龍，程永鋒，等.輸電線路巖石嵌固式基礎抗拔試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28(1):152-157.

[6] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規范[S].

[7] ?；塾?500 kV鐵塔基礎類型比較[J].內蒙古科技與經濟，2010(20):85-86.

[8] 翟佳羽.送電線路鐵塔采用基礎形式介紹[J].工程科技，2014(35):263.

DesignoptimizationofconstructionpowersupplytowerfoundationinJinzhaipumpedstoragepowerstation

SunShengli

(PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China)

According to the actual geological conditions and the capacity of the construction company, the original digged foundation is optimized by rock anchor foundation and pile foundation respectively, saving the duration and investment, reducing the project risk, which has certain reference value for the montanic tower foundation.

foundation, optimization, design

1009-6825(2017)29-0084-02

2017-08-05

孫勝利(1982- )，男，碩士，工程師

TV541

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