輸電線路筒樁基礎理論計算研究

王世杰 柴少磊 田源 李維 胡江濤 馬冬波

摘 要：依據國家電網公司新技術研究項目安排，開展了大荷載條件下筒樁基礎的設計計算方法分析研究，并開展了其承載特性原位試驗測試驗證。結果表明：與普通實心挖孔樁基礎相比，筒樁基礎的結構型式合理，承載性能良好，可降低基礎本體造價，消納基坑開挖施工過程中產生的多余棄土，保護周圍環境，經濟和環境效益顯著，能夠在依托工程中進行試點推廣應用。

關鍵詞：輸電線路;筒樁基礎;設計計算;

1、概述

高壓輸電線路基礎普遍采用實心樁基礎，基礎埋深經常超過10米。掏挖過程中遇到夾砂層，經常塌孔，造成人員傷亡和重復工作。為了減少塌孔，提高安全性，提出本新型基礎：筒樁基礎。

筒樁基礎提高了安全性，投資減少了8%。由于直徑增大，塌孔概率減少30%以上，安全效益明顯。

項目來源：本項目任務是來源于《國家電網公司2016年公司依托工程基建新技術研究應用項目的通知》。? 按國家電網公司任務要求開展本次研究。本項目屬于國家級重要課題。本次研究經費110萬元。

2、 筒樁基礎樁身內力理論計算與有限元模擬

2.1 樁身內力理論計算

筒樁的樁身內力計算模型如圖2-1所示，其中、分別為筒樁外、內直徑，h為基礎埋深（入土樁長），e為基礎露頭高度，l為總樁長，F為荷載效應基本組合下的樁頂軸向作用力設計值，H為荷載效應基本組合下的樁頂水平力合力設計值。

當筒樁為彈性樁時，其換算埋深應滿足式（2-1）的要求;當筒樁為剛性樁時，其換算埋深應滿足式（2-2）的要求。

下端支承于土層或巖面上的樁，當其受橫向力作用而發生擾曲變形時，樁底也可能會轉動和發生橫向位移，即和均可能不為零，此時將相應的引起和。由對應的和對應的建立兩個邊界條件，x0和φ0便可求得。

2.2 樁身內力有限元模擬

為了校核樁身內力理論簡化計算的合理性，采用大型商用有限元程序ABAQUS對樁身內力進行了模擬分析和結果比對。

筒樁樁體混凝土的本構模型為線彈性模型，黃土地基土體的本構模型為Mohr-Coulomb模型，樁和地基土體均采用C3D8R（三維八節點六面體線性減縮積分單元）進行模擬。樁底與土體的接觸面類型為法向硬（hard）接觸和切向（Frictionless）接觸，樁身與土的接觸面類型為硬（hard）接觸和切向罰函數（penalty）接觸，摩擦系數取值為0.5。

上拔+水平荷載工況下，按環形截面進行簡化的理論計算、ABAQUS有限元數值模擬分析、按實心圓形截面理論計算得到的筒樁基礎樁身彎矩、剪力沿埋深的分布結果對比如圖2-6所示。從圖2-6中可以看出：

（1）按環形截面進行簡化的理論計算結果與ABAQUS有限元數值模擬的分析結果基本一致，誤差在3%以內，可見筒樁基礎樁身內力可以按環形截面進行簡化計算。

（2）筒樁基礎的樁身內力與實心挖孔灌注樁基礎比較接近，誤差在12%以內，說明空腔尺寸對筒樁基礎的受力性狀影響不很明顯。

3、 結論

本文開展了輸電線路黃土地基大荷載筒樁基礎的設計計算方法研究，分析了其豎向和水平承載性狀。通過ABAQUS有限元數值模擬分析和結果比對，驗證了采用環形截面進行筒樁基礎樁身內力簡化計算的合理性。筒樁基礎完全可以代替實心樁基礎。