規范修訂對掏挖基礎設計的影響

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規范修訂對掏挖基礎設計的影響

摘要:本文闡述了掏挖基礎的設計計算過程,并詳細對比分析了架空輸電線路基礎設計規范對掏挖基礎設計理論所做的修訂,最后通過實例說明了其對掏挖基礎設計所產生的影響

關鍵詞:架空高壓輸電線路;掏挖基礎設計

一、掏挖基礎設計綜述

掏挖基礎以天然土構成的抗拔土體來抵抗基礎頂面的上拔作用,能充分發揮原狀土的承載性能,相比大開挖基礎具有混凝土用量少,土方開挖量小的優勢,因而具備良好的經濟性,且不等高掏挖基礎配合鐵塔全方位長短腿,能有效的降低鐵塔在丘陵、山地地形塔位塔基的土石方開挖工程量,符合國家對工程建設的環保要求。因此掏挖基礎多年來在500kV及以下的輸電線路工程中得到了廣泛應用。根據要求[1][2],掏挖基礎設計計算主要分為上拔穩定計算、下壓穩定計算、基礎強度計算三個方面的內容。其中,上拔穩定計算應用“剪切法”進行計算,是掏挖基礎區別于其它型式的抗拔基礎的最典型特點。掏挖基礎在下壓穩定計算時一般不考慮基礎立柱與土的側摩阻力,而是假定完全由基礎底面的地基反力平衡豎向荷載。上拔下壓穩定計算時基礎主柱頂面的水平力均由主柱土側壓力進行平衡,且假定地基土水平抗力系數的比例系數m為常數,由此可計算出基礎主柱在上拔下壓穩定計算情況下柱身的最大彎矩,從而可以對其進行設計配筋。掏挖基礎根據露頭的尺寸可分為高露頭基礎與低露頭基礎,這兩類基礎的設計控制條件是不完全相同的。一般情況下,低露頭基礎的設計控制條件為上拔穩定控制,此時基礎埋深成為決定基礎尺寸的主要因素;而對于高露頭基礎,設計控制條件一般為下壓穩定控制。在下壓穩定計算工況,基底最大壓應力應小于1.2倍修正后的地基承載力特征值[1]的要求。此時基礎擴頭底寬度成為影響基礎尺寸的主要因素。

二、掏挖基礎設計理論修訂情況

《架空輸電線路基礎設計技術規程》(DL/T5219-2014)已于2015年3月正式實施。與《架空送電線路基礎設計技術規定》(DL/T5219-2005)相比,其對原狀土掏挖基礎上拔、下壓穩定的計算方法進行了修訂,主要為以下幾個方面:

(一)對《規定》中“剪切法”上拔穩定計算方法進行了修正。計算公式中所用到的無因次系數由原公式中的兩項A1、A2變成了現在的三項A1、A2、A3。同一基礎尺寸與地質條件下,根據兩種計算理論獲得的基礎上拔承載能力差異較大。

(二)調整了《規定》中關于原狀土基礎剛性基柱考慮土抗力時側向彎矩的相關近似計算公式,并建議當豎向力和側向力共同作用時,原狀土剛性基柱宜考慮基柱摩阻力的影響。

(三)新規程對于剪切法計算時基礎的深徑比提出了要求,深徑比最小值從原規定的0.8提高到現在的1.0。

三、上拔承載能力計算算例分析

某掏挖基礎尺寸:埋深5.2m,露頭高度500mm,主柱直徑為900mm,底板直徑為2700mm,底板厚200mm,擴頭錐臺高1200mm。假定相鄰基礎不影響。地質條件如下:硬塑粘土,容重17kN/m3,凝聚力48kPa,內摩擦角14°,地基承載力特征值250kPa。按修訂前后計算方法計算的掏挖基礎上拔承載力設計值分別為1625.7kN和2673.3kN。由該結果可知,規范修訂以后,相同尺寸的掏挖式基礎上拔承載能力計算值普遍提高30%~60%,提高幅度非常顯著,且提高幅度會隨著深徑比的增加而增大。

四、下壓穩定計算算例分析

地質條件基礎尺寸同上例,基礎作用力按表2中JC2塔下壓力。在下壓荷載作用下,根據兩種水平力作用下剛性掏挖基礎側向土壓力計算理論計算得到的相關參數如下表:由上表結果可以看出,規范對掏挖基礎下壓計算圖式修訂的直接結果是削弱了地基土對掏挖基礎主柱的約束,使轉動中心的點的位置上移,轉動幅度增加。這會導致基礎底面承擔的彎矩減少,從而使基底最大應力減少,降幅可以達到15%~30%。

五、設計影響算例分析

以JC2轉角塔及ZBC3直線塔兩種鐵塔為例,分別設計其低露頭與高露頭基礎,來探究計算方法修訂對基礎設計的影響。設計均采用相同的構造規定,設計結果如表5所示:從上表知,按新規設計的直線塔掏挖基礎方量平均降幅達15%左右,且低露頭的直線掏挖基礎方量降幅較高露頭的直線掏挖基礎方量降幅要明顯。對轉角塔下壓基礎,由于基底彎矩的減小,其基礎方量平均降幅約為18%左右。而對于低露頭的上拔型掏挖基礎而言,其基礎方量平均降幅約為52%,降幅非常明顯,高露頭的上拔型掏挖基礎平均降幅約為35%。另外,隨著基礎尺寸的減小,按新規程計算的掏挖基礎保護范圍值相比又有降低,從而對降低基礎工程造價產生積極影響。

六、結論

(一)《架空輸電線路基礎設計技術規程》(DL/T5219-2014)的頒布對掏挖式基礎設計理論進行了重大修改,從而很大程度上影響了掏挖基礎的設計指標,對進一步提高架空輸電線路經濟性具有重要意義。

(二)鑒于上拔承載能力計算值提高較明顯,若完全按照規程進行設計會使線路基礎設計的指標與典造產生較大偏差,且每個地區的區域地質條件不盡相同,建議應用新規程進行掏挖式基礎設計時應分地區建議展開部分真型試驗,再推廣應用。

參考文獻:

[1]《架空輸電線路基礎設計技術規程》.DL/T5219-2014.中國計劃出版社.2015.

[2]《架空送電線路基礎設計技術規定》.DL/T5219-2005.中國電力出版社.2005.

作者:劉儉 李春 單位:湖南科鑫電力設計有限公司 中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司

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