架空输电线路基础选型

基础形式选择1基础方案选择原则在基础方案选择时，遵循下面的原则：（1）基础设计必须在安全、可靠的前提下，坚持保护环境和节约资源的原则；（2）根据线路的地形、施工条件、岩土工程勘查资料，综合考虑基础型式和设计方案，使基础设计达到安全、经济合理的目的。（3）充分发挥每种基础型式的特点，针对不同的地形、地质，选择不同的基础型式；（4）对不良地基，提出特殊的基础型式和处理措施。2基础方案选择要求根据我国目前特高压输电线路杆塔基础工程的设计和施工现状，并结合本工程地基及杆塔基础的工程特性，在基础方案选择应考虑以下几方面：（1）采取合理的结构型式，减小基础所受的水平力和弯矩，改善基础受力状态。（2）充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好力学性能，因地制宜采用原状土基础。（3）注重环境保护和可持续发展战略。（4）注重施工的可操作性和质量的可控制性。2.1基础方案的选择根据沿线地质和水文状况，按照安全可靠、技术先进、经济适用、因地制宜的原则选定常采用的基础型式如下：掏挖式基础、斜柱柔性基础、扩展底柔板斜柱基础、直柱刚性基础、斜柱刚性基础、岩石基础、装配式金属基础，灌注桩等。下文将结合本工程基础作用力大及复杂的地形地质条件，通过对基础型式的优化比较以及对以往工程的经验分析，初步确定适合本工程的基础形式。目前，架空输电线路杆塔常用的基础型式大体可分为两大类：大开挖基础和原状土基础。（1）大开挖基础主要包括现浇钢筋混凝土斜柱基础、阶梯式刚性基础、大板基础、装配式基础等，该类基础适用于线路一般地质情况较差的塔位，施工难度较小。对于斜柱基础，其混凝土方量较小，施工容易；而对于阶梯式刚性基础、大板基础其混凝土方量较大，但埋深浅，施工相对简单。对于平丘地区的塔基以及地下水水位较高地区，可采用大开挖基础。（2）原状土基础主要包括掏挖基础（直掏挖、斜掏挖）、人工挖孔桩、岩石基础。掏挖基础及岩石基础适用于地质情况较好(能成型开挖)、对环境要求高、基础负荷不太大的塔位，当基础埋深较深时，施工时往往需要护壁。另外，掏挖桩基础也是近年来在工程中应用比较多的基础型式，掏挖桩基础适用于地质情况较好、边坡比较紧张的山地、陡坡或陡坎边，由于掏挖桩基础埋深较深，施工时需要护壁。（3）其它类型基础根据工程特性和地基特点，输电线路杆塔基础还有一些其它的型式，如在大荷载、地基承载能力差的条件下采用的联合基础以及在施工难度大的流砂和软弱地层中采用的灌注桩基础、复合式沉井基础等。基础型式选择，当有条件时应优先采用原状土（不含桩；根据沿线地质和水文状况，按照安全可靠、技术先进、；2.3.1掏挖基础；掏挖式基础施工时以土代模，直接将基础的钢筋骨架和；掏挖式基础又分为全掏挖基础和半掏挖基础；图2.3-1；全掏挖基础、半掏挖基础示意图；全掏挖基础、半掏挖基础优点：；（1）全掏挖基础、半掏挖基础可减小基础变形；（2）山区回填土（粘性土）来源基础型式选择，当有条件时应优先采用原状土（不含桩基础）基础，也可采用钢筋混凝土板式基础或混凝土台阶式基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采用装配式基础；当地质条件较差时可采用桩基础。根据沿线地质和水文状况，按照安全可靠、技术先进、保护环境、控制成本、因地制宜的原则选定常采用的基础型式如下：掏挖式基础、掏挖桩基础、斜柱柔性基础、扩展柔板斜柱基础、直柱刚性基础、斜柱刚性基础、岩石基础、灌注桩等。适用于一般地段的基础类型比较多，有充分利用岩土力学性能掏挖类基础,还有最普通的大开挖类基础。2.1.1掏挖基础掏挖式基础施工时以土代模，直接将基础的钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成型的土胎内。由于减少了对原状土的扰动，能充分发挥地基土的承载性能，所以可大幅度的节约基础材料和施工费用。适用于地质条件便于掏挖成型的硬塑、可塑性粘土，并且在掏挖和混凝土浇注期间无水渗入基坑的地段。掏挖式基础又分为全掏挖基础和半掏挖基础。当基础作用力较大时必需采用较大的基础底板尺寸才能满足要求，全掏挖基础底板受掏挖量限制，增大基础底板就会导致主柱随之增加，这在埋深加大的高露头时尤为突出，半掏挖基础可以有效地解决这一问题，可以减小主柱的混凝土量，可见半掏挖基础适用于荷载较大的直线塔与转角塔，综合指标介于全掏挖基础和开挖式基础之间。全掏挖基础、半掏挖基础优点：（1）全掏挖基础、半掏挖基础可减小基础变形；（2）山区回填土（粘性土）来源较困难、全掏挖基础不需回填土，半掏挖基础回填土较少。山区基面边坡窄小时掏挖式基础每边可减小保护范围1～2m。掏挖利于环保；（3）充分利用原状土，相同的基础尺寸可提高抗拔承载力1.2倍，减少挖填方40%～60%；（4）减少了对原地貌植被的破坏；（5）全掏挖基础地下部分尺寸，半掏挖基础掏挖部分尺寸不受模数的限制，材料利用率高；（6）全掏挖、半掏挖基础底板没有配钢筋，基础耗钢量小，施工方便；全掏挖基础、半掏挖基础的缺点：（1）对地质条件要求较高，地下水位要大于基础埋深，且土质密实，基坑能够掏挖成型，所以适用范围受限；（2）对塔型和基础作用力有较大限制。目前施工时大多采用人工掏挖，故基础主柱的截面直径不能太小，一般最小为0.8m，以保证有足够的施工空间。由于全掏挖基础底部的扩挖不宜过大（一般不超过0.8m），底板为刚性，底板宽度有所限制，对于较大基础作用力时只能增加主柱直径，势必造成混凝土用量加大，表2.3-1列出不同基础作用力（直线塔）下全掏挖基础和扩展板式斜柱基础的比较，可见全掏挖基础的适用基础上拔力范围是400kN～750kN的直线塔。基础上拔力大于750kN的直线塔、转角塔可根据具体情况采用半掏挖基础；（3）由于掏挖式基础为直柱基础，在高低基础中露头不易过大；（4）掏挖式基础不能用于可能存在地表水侵蚀的塔位。对位于线路山坡上、梁、峁上的杆塔和位于强风化基岩地区的杆塔，岩性为粘土或强风化基岩时，可考虑采用掏挖基础，结合高、低腿或基础加长、基础埋深等措施，该种基础能充分利用原状岩土的承载能力，开方量少，对环境破坏较小。2.1.2带翼板掏挖基础掏挖基础具有其它基础型式无法比拟的优势，但由于全部用人工掏挖，基础埋深受到一定的使用限制。当铁塔位于具有一定坡度的山地时，为保证基础的稳定需要有一定的边坡保护范围，为减少平基土方量，需要将基础的主柱加高，在原地面直接开挖。当基础主柱加高到一定程度时，横向作用力对基础的倾覆作用成为基础尺寸的主要控制因素，常规掏挖基础为了满足倾覆要求，往往增大基础埋深和直径，导致混凝土量大大增加，另外，基础埋深太大，在掏挖时还存在一定的施工难度及安全问题。带翼板掏挖基础就是为了解决上述矛盾而设计的新的掏挖基础型式，其仍采用掏挖成形的施工方法，在充分利用原掏挖基础的各项优点的同时，在基础主柱两侧适当位置增加两块向外伸出的挡板，来充分利用侧面原状土抗力，抵消水平外力产生的倾覆力矩，从而减小了基础柱身的弯矩和基础底部的偏心应力，提高了基础的侧向稳定性和承载能力。翼板的使用，一方面减小了基础埋深，另一方面也减少了基础混凝土用量，减小了弃土方量，且具有较好的经济效益和社会效益。由表2.3-2的比较中可以看出，在露头较小的情况下该种基础的材料用量与全掏挖基础相当，经济性不明显。在基础作用力较大、露头较高，倾覆作用显著时，可以显著节省混凝土用量，虽钢筋用量稍有增加，但综合考虑，仍具有较好的经济性。该基础的缺点是，由于翼板的存在，对地形的要求比较高，所以使用时应仔细核对地形。本工程中应根据现场具体情况，结合其它基础型式，对于基础作用力大的塔位应用这种基础型式。图2.3-4我院在其它工程中掏挖桩基础的应用；掏挖基础的优势是显著的，但当铁塔塔腿位于具有一定；掏挖桩的计算方法为：；（1）下压计算；RuqlqA=+∑ψψsisiksippkp；式中；u——桩的设计周长（m）；；ψsi、ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数；；qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，对于；qpk——桩径为660mm的极限端阻力标准值；掏挖基础的优势是显著的，但当铁塔塔腿位于具有一定坡度且边坡比较紧张的山地或陡坎边时，为了保证基础的稳定，需要有一定的边坡保护范围，同时为了减少开挖土方量，需要将基础的主柱加高并且在原地面直接开挖。当基础主柱计算露头加高到一定程度时，横向作用力对基础的倾覆作用成为基础尺寸的主要控制因素，常规掏挖基础为了满足倾覆要求，往往增大基础埋深和直径，掏挖桩基础就是为了解决上述矛盾而设计的新的掏挖基础型式，其仍采用掏挖成形的施工方法，在充分利用原掏挖基础的各项优点的同时，加大基础埋深，来充分利用侧向土压力，减小水平外力产生的倾覆力矩，从而减小了基础柱身的弯矩和基础底部的偏心应力，提高了基础的侧向稳定性和承载能力。掏挖桩的计算方法为：（1）下压计算。单桩的轴向下压力极限承载力的标准值按下式计算：RuqlqA=+∑ψψsisiksippkp式中u——桩的设计周长（m）；7ψsi、ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数；qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，对于扩底桩变截面以下不计侧阻力；qpk——桩径为660mm的极限端阻力标准值；（2）上拔计算。单桩轴向上拔极限承载力标准值按下式计算：Uqul=∑λkisikii；UK——基桩抗拔极限承载力标准值；ui——破坏表面周长，对于等直径桩取ud=πλi——抗拔系数。（3）抗倾覆计算。根据斜坡地面高露头挖孔桩的受力特点，可以将其受力特性按弹性桩计算，并引入线弹性地基反力法，即m法对其倾覆稳定性进行计算。基本计算原则按下列假定：①将土视为弹性介质，其地基系数在设计地面为零，并随深度成正比增长；②不考虑桩端地基竖向抗力的作用和基础与土之间的凝聚力和摩阻力的作用；③在横向和竖向荷载作用下，任何深度处土的压缩性均用地基系数表示。计算模型的确定：桩土体系相互作用因桩﹑土相对刚度不同而有不同的表现，根据桩身嵌固段土性和嵌固深度，确定掏挖桩桩底的支承条件为固定端。计算简图如下：斜坡地面掏挖桩承受水平荷载作用时深度z处的水平抗力pz等于该点的地基水平抗力系数的比例系数与深度z和该点的水平位移y的乘积，因此有桩侧地基土反力分布模式为：pmzyz=桩身桩侧土稳定按下式进行计算：??41.4σγφ≤+(ytgcycosφ??式中：)φcγ——桩侧土的有效容重，取计算深度至设计地面各土层的加权平均值；σy——桩侧土压应力我们按上述方法设计掏挖桩，进行上拔、下压和倾覆稳定验算，并与掏挖基础进行了经济比较。表2.3-3中列出了在不同的基础作用力下掏挖桩与掏挖基础的比较，由上表可以看出，在基础露头比较小的时候，掏挖基础占有很大的优势，经济性和实用性较掏挖桩基础强，但在基础作用力逐渐增大，露头逐渐加高的情况下，掏挖基础的材料用料比同条件下掏挖桩大的多，这使得在这种情况下，掏挖桩的经济性和环保性更为突出。因此本工程可以在坡度较大的山顶或陡坎边选择使用掏挖桩基础。2.3.4开挖式基础的分类比较开挖式基础包括钢筋混凝土板式基础和混凝土台阶基础，是适用地质条件范围较广的一类基础。在同类基础情况下，斜柱基础与直柱基础相比，因斜柱基础主柱中心的斜率与铁塔主材坡度相同，故与基础轴线垂直的水平力减少50%以上，而轴向基础作用力仅增大1%～2%，结果大大改善了基础立柱、底板的受力状况，较大地节约了基础材料用量。同时，由于水平力的减少，减少了基础在底板处的弯矩，使基础的侧向倾覆稳定性得到显著的提高。近几年我院已在国内外工程中广泛使用。根据我们在以往工程中的经验，使用斜柱基础，与直柱基础相比可降低5%～15%的基础混凝土量和钢筋量。因此本工程除掏挖基础、特殊类基础及因边坡问题外，开挖式基础均采用斜柱基础。2.3.4.1常用开挖式基础类型由于掏挖基础在具体工程中有一定的局限性，所以在一般工程中采用开挖基础的数量还是比较大的，本工程也不例外。常见的开挖基础有刚性基础、柔性基础、刚柔基础、柔性台阶基础。（如下图所示）10且B1/H1≤1.0。虽然此种基础耗钢是较少，但混凝土用量却是最大的，相应运输量大，综合造价较高，在近年工程中除用作重力式基础外已很少采用。本工程中主要用于个别无法保