輸電線路巖石嵌固基礎加固處理

王永華，查傳明，王洪濤，李長慶，孫家文

(國網新疆電力有限公司經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引言

鐵塔基礎是輸電線路的重要組成部分，其失效后的維修尤為困難。原狀土基礎施工時以土代模，減少對土體的擾動，能充分發揮原狀地基土的承載性能，具有良好的抗拔能力和較大的橫向承載力。巖石嵌固基礎作為在巖石地基條件下的首選原狀土基礎型式被大量應用于工程中，在巖石嵌固基礎基坑開挖施工時常采用爆破方式，基坑容易形成上大下小喇叭口形，造成實際基坑尺寸與嵌固基礎計算模型不一致，不能滿足設計要求，給后續線路安全運行帶來一定的風險，本文通過具體工程實際情況，探討輸電線路巖石嵌固基礎加固處理方案，為類似工程提供借鑒。

1 項目概況

某220 kV單回路架空輸電線路工程，導線采用2×JL/G1A-400/35型鋼芯鋁絞線，全線架設雙地線，一根為GJ-100型鋼絞線，另一根為OPGW-100型復合光纜(48芯)，直線塔采用酒杯塔，耐張塔采用干字型塔。風速分為35 m/s和37 m/s兩段，覆冰厚度10 mm。山區地段采用全方位長短腿及不等高基礎配置，為減少基礎土石方開挖量，降低對周圍環境的影響，基礎盡量選用原狀土基礎型式，地質情況為角礫、強風化花崗巖、中風化花崗巖，人工開挖困難，設計選用巖石嵌固基礎型式。大部分塔位施工機械可以到位，施工條件一般。

2 設計條件

基礎是線路結構最重要的受力結構，抗拔是最重要的受力工況。在巖石地基中，為更好地利用巖石地基的抗剪作用，通常采用嵌巖基礎，即基坑開挖成上小下大的錐型，將鋼筋骨架和混凝土直接澆筑于巖石基坑內[1]。

巖石嵌固基礎設計時應進行上拔穩定、下壓承載力及基礎強度計算。因巖石地基的承載力比較高(強風化硬質巖為500～1 000 kPa)，故一般巖石基礎的下壓承載力不控制，該基礎型式的結構強度計算和常規基礎內容相同[2]，在此不再贅述，本文重點關注巖石嵌固基礎上拔穩定計算內容。

嵌巖基礎通常由巖石的抗剪強度控制，其上拔穩定計算表達式為：

式中：γf常規基礎附加分項系數，懸垂型桿塔取1.10，耐張直線(0°轉角)及懸垂轉角桿塔取1.30，耐張轉角、終端、大跨越塔取1.60；TE為基礎上拔力設計值，kN；D為基礎底板直徑，m；h0為基礎有效錨固深度，m；τs為巖石等代極限剪切強度，kPa；Gf為基礎自重力，kN。

本工程直線塔基礎上拔工況設計條件見表1所列。

表1 基礎作用力設計值kN

基礎上拔穩定計算值：

γf·TE=1.1×399=438.9（kN）。

經計算，埋深為2.4 m，基礎主柱直徑1.0 m，混凝土強度等級選用C35，主筋為HRB400，直徑φ20。具體基礎型式如圖1所示。

圖1 巖石嵌固基礎施工圖

3 現場問題

在巖石基坑開挖過程中，施工單位為加快進度，采用爆破成孔方式，塔位基坑爆破時造成原始基面崩塌，形成基坑呈上大下小喇叭口外形，部分基坑有效埋深不能滿足設計要求。

嵌巖基礎已開挖67基，其中混凝土已澆筑完37基，經對基坑逐基檢查，基坑普遍存在上大下小喇叭口形，且部分基礎有效埋深不滿足設計要求。

針對以上發現的問題，我們對基坑情況進行了分類分析，基坑呈上大下小外形，與嵌巖基礎的設計理念發生變化，即不能再按嵌巖基礎進行受力計算。

4 基礎抗拔受力分析及處理方案

4.1 已完工基礎處理方案

根據現場檢查情況看，巖石基坑爆破后，坑壁四周巖石較松散，基坑內滿灌混凝土，混凝土中的漿液雖然可以將松動后的巖石重新粘結在一起，但是此時的巖石已經不能完全恢復原巖石抗剪性能。

此時基礎抗拔不再考慮巖石抗剪承載力，即按重力式基礎進行上拔穩定性校核，其上拔穩定計算表達式為：

式中：γf為重力式基礎附加分項系數，懸垂型桿塔取0.90，耐張直線(0°轉角)及懸垂轉角桿塔取0.95，耐張轉角、終端、大跨越塔取1.10。

按式(2)進行基礎上拔穩定性校核。如核算后滿足式(2)要求，可不做處理；當核算不滿足式(2)要求，基礎上拔穩定不滿足設計規程要求，基礎需要進行補強(加大)處理[3]。

經現場排查和校核后，共有17基基礎上拔穩定不滿足設計要求，須對此部分基礎進行加固處理。

采用在現有原始基坑上部增加C25毛石混凝土配重的處理方案，具體要求為：將回填土全部清理干凈，在現有巖石地面上鉆錨孔，插入錨固鋼筋，用細石混凝土灌注密實，鋼筋外露部分用水平箍筋連接，將原基礎柱外表面鑿毛處理，毛石混凝土澆筑前用水將原基礎混凝土表面浸濕，基坑內不得積水，毛石混凝土中摻入毛石比例為整體體積的25%左右，毛石粒徑控制在200 mm以下，毛石在結構體空間中應保證其布置均勻，漿體充分包裹，如圖2所示。

圖2 已澆基礎加固方案

基礎回填要求：基礎加固處理完畢后，將基礎周圍土體回填并壓實，基礎露出回填土面高度不得大于0.5 m。

4.2 未澆筑基礎情況分析

經現場排查，共有30基已開挖暫未澆筑混凝土基坑，部分基礎埋深不滿足設計要求，斜坡塔位情況最嚴重。經實測，基礎實際有效埋深不滿足原設計要求情況，可分為兩種：一種是全塔4個基礎埋深均不滿足設計要求；另一種是全塔僅有單腿基礎埋深不滿足設計要求[4]。

當全塔4個基礎有效埋深均不滿足設計要求時，首先核對電氣平斷面圖，如導線對地距離裕度較大，可整體降低塔基基準面，基礎整體下移，埋深不足部分補足，保證有效埋深滿足設計要求。如導線對地距離裕度不太大，無法整體降低塔基基準面，則通過調整基礎尺寸，以滿足抗拔穩定性要求[5]。

巖石嵌固基礎有效埋深不滿足設計要求時，可通過調整基礎外形尺寸，滿足上拔穩定性要求。

4.3 未澆筑基礎處理方案

在現有爆破后基坑外形尺寸上再進行人工處理，清理松散石塊，巖石完整性得以保證，基坑底部尺寸不滿足設計要求的繼續擴頭，按式(1)進行基礎上拔穩定性校核。如核算后滿足式(1)要求，可不做處理；當核算不滿足公式(1)要求，基礎需要進行加固處理。

經現場排查和校核后，共有19基基礎上拔穩定不滿足設計要求，基礎需要進行加固處理。根據實際情況提出三種處理方案[6]。

1)增大基柱直徑尺寸(方案1)

對于基坑深度與設計要求相差不大的基礎，可考慮增大基柱直徑，增加基礎混凝土自重提高抗拔穩定性，基柱配筋須滿足最小配筋率要求。

2)增加基礎埋深或加大基礎面積(方案2)

對于基坑埋深遠小于設計要求的基礎，可采用人工配合機械繼續下挖，增加基礎有效埋深或面積，以滿足抗拔計算要求。基柱主筋實際基礎露頭尺寸比原設計大，基柱彎矩增大，需重新進行結構強度計算，基柱鋼筋總長度增加。

3)基礎底部增加錨筋(方案3)

對于基坑埋深遠小于設計要求、基底巖石較完整、基坑繼續開挖困難的基礎，可在基坑底部鉆錨孔，將鋼筋錨入巖石地基中并灌漿密實，錨筋入巖長度需滿足錨固長度要求，形成承臺式錨桿基礎型式[7]，如圖3所示。此時錨桿部分巖石抗剪承載力和基礎自重組合共同抵抗基礎上拔荷載，式(1)中基礎有效錨固深度h0計算至錨桿底，計算直徑D取錨樁外切圓直徑，基礎底部擴大頭尺寸由基底下壓承載力和錨桿樁間距綜合確定。基柱配筋計算與方案2相同，基礎內鋼筋長度保持不變。

圖3 承臺式錨桿基礎

4) 3種方案對比分析

對上述3種處理方案進行設計計算，將處理方案工程量及施工情況列表，比較各處理方案的差異，見表2所列。

表2 處理方案差異對比表

經表2比較分析可知：

方案1：混凝土增加量最大，且施工困難。適用于基坑較大且埋深與設計相差不大的情況。

方案2：混凝土增加量較小，但鋼筋需現場連接處理，施工難度較大。適用于基坑較大或巖石較破碎、宜開挖的情況

方案3：鋼筋增加量最大，混凝土量減小，整體施工較方便，危險性最小。適用于基坑遠小于設計要求，基底巖石完整，開挖困難的情況。該方案是將巖石基坑清渣干凈，以基柱直徑為圓，等間距鉆錨孔，植入錨筋，用細石混凝土灌孔密實，露出長度滿足鋼筋錨固長度要求，鋼筋外露部分用水平箍筋連接，上部按常規巖石嵌固基礎進行施工。

5 結論與建議

1)巖石基坑開挖時，宜實施分層多次爆破，減少單次爆破的裝藥量，松動巖石清渣后再爆破下一層。

2)已澆筑完混凝土基礎抗拔承載力不滿足設計要求時，可采用C25毛石混凝土加配重處理，增加基礎自重，滿足基礎上拔穩定性要求。

3)巖石嵌固基礎設計時不但要滿足設計技術規程相關要求，同時也要考慮現場施工實際情況，在保證安全的前提下盡量利于現場實施，可適當增大基礎埋深或基柱直徑尺寸，盡量減小擴底尺寸。