偏心掏挖基礎水平受荷的力學分析

于海濤 徐強勝 李禹衡

（1.吉林化工學院 吉林省吉林 132022 2.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院 遼寧沈陽 110015）

1 偏心掏挖基礎概述

掏挖基礎，指的是用鋼筋骨架及混凝土灌注在人工或機械掏挖成的土胎內所形成的基礎，該基礎類型使用的時間較長，對原狀土的特性充分利用，抗拔能力較強。現階段，諸多工程基礎處理中，偏心掏挖方式應用較多，尤其以輸電線路工程見著居多。偏心掏挖基礎具有挖方量小、開挖面小的特點，對原狀土承載力充分利用，符合工程經濟性需求。本文主要針對偏心掏挖基礎水平荷載問題進行研究，從力學角度分析提高水平受荷能力的計算方法，確保輸電工程基礎處理質量的提升。

偏心掏挖基礎在輸電線路工程中的應用比較普遍，具有較好的社會效益與經濟效益。本文主要通過對偏心掏挖基礎計算方法進行研究，為優化偏心掏挖基礎設計提供依據。

2 建立計算模型

本文在掏挖基礎計算模型建立中，參考《架空輸電線路基礎設計技術規定》中對剛性基柱的定義，為簡化算法，考慮側向原狀土抗力時的圓柱形剛性基礎，具體參數如下：上部直徑d0、基礎埋深h、下部擴底直徑D；建立坐標系，其中Y方向為水平方向，Z方向為垂直方向，如圖1所示。

圖1 偏心掏挖基礎計算模型

3 力學分析

通過對基礎荷載進行分析，基礎主要受以下荷載：基礎頂面豎向作用力T、水平力H、彎矩M0、偏心距e及基底土抗力、土體側向抗力、基礎與土間粘結力、摩擦力。本文在對偏心掏挖基礎進行力學分析中采用地基反力系數法，對基礎在土體中的固著作用進行考慮，不考慮基礎與土間的粘結力與摩擦力。在豎向荷載與水平荷載作用下，基礎會發生剛性轉動，轉動中心用A表示，轉角為ω，轉動中心在地面下深度為ZA。如果基礎土質比較均勻，豎向與水平地基反力系數的比例系數值相同。隨著深度的增加，地基反力系數也呈線性增長時，《架空輸電線路基礎設計技術規定》中規定剛性基柱計算按照α·l≤2.5作為依據，其中l表示基礎長度，α表示樁-土變形系數，并且在此時，相對于土體而言，基礎剛度非常大。

圖1中，深度z處：

水平位移為

水平土體抗力為

根據地面O點力矩平衡與水平力平衡可知：

所得到的（5）式即為偏心掏挖基礎計算公式，該公式中包含了下壓力或上拔力T、偏心距e，如果上拔力或下壓力保持恒定，則偏心距的不同，所計算得到的轉動中心A在地面下的深度及轉角也不同，根據計算得到的ω與ZA，對作用在基礎底面的基底最大彎矩及最大土抗力可進一步計算得出。

4 結論

在對基礎進行偏心處理以后，通過計算顯示，基礎旋轉角隨著偏心距的增大而減小，旋轉中心如果下移，則基礎頂部的位移會減少，這樣就提高了偏心掏挖基礎的抗傾覆能力，對更大的基礎水平力能夠更好的承受；對于豎向力來說，通過偏心處理后，使基底最大彎矩及最大土抗力都降低，因此基礎對地基承載力的要求降低，掏挖基礎的應用范圍拓寬，在基礎設計時經濟效益也得以實現。需要注意的是，偏心距并非可以無限增大，其具有最大值，主要原因是受基底主柱直徑及施工條件等因素的影響。

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