談論輸電線路巖石抗拔

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1引言

中國地域遼闊，巖土類別多、分布廣，輸電線路桿塔基礎型式多種多樣。在山區巖石地帶的輸電線路，常常利用巖石作為桿塔基礎，可獲得強度高、穩定好、投資少和大量節約勞動力的效果。在溫~H22Okv永強一蘇川同塔雙回路送電線路工程中，其沿線地質條件主要為強風化巖石地區，基礎作用力較大，采用巖石嵌固式基礎可充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好工程力學性能，屬經濟環保型基礎，符合環境保護的發展要求。

2試驗概況

2．1工程地質條件

現場真型試驗選擇在線路走廊中的區A，B兩個試驗點進行，其中區A選擇在0一ll#gt，主要巖體為砂質片巖，灰綠色，薄層狀結構，巖體風化強烈，節理、風化裂隙十分發育，結構面以節理、風化裂隙為主，平均間距3～5cm，共發育4組網狀結構面，強風化層厚約0．5m，以下呈中等風化，巖體產狀陡立，為180度小于70度；區B選擇在12一21#，主要巖體為粉砂質黏土巖，褐紅色，混有風化礫石，裂隙塊狀結構，巖體風化強烈，節理、裂隙十分發育，結構面以層面、風化裂隙為主。約4組結構面將巖體切割為5～20cm見方的巖塊，結構面平均間距5～15em，表層約有0_3m基巖殘積土，強風化層厚1．0～1．5m，以下呈中等風化，產狀近水平，浸水易軟化崩解。

2．2基礎設計荷載與尺寸

基礎上拔設計荷載為1500kN，X向水平設計荷載為250kN，Y向水平設計荷載為220kN。輸電線路桿塔基礎主要承受上拔荷載與傾覆荷載的共同作用，且在上拔設計荷載作用下，巖石嵌固式基礎必須同時滿足錨筋強度、錨筋與砂漿黏結強度、砂漿與巖石黏結強度、巖石等代極限剪切強度等4種條件的強度要求。以上4種強度條件控制中，巖石等代極限剪切強度是關鍵因素之一，而相關技術規定【9】中其計算參數ts的取值范圍是一個很大的區間，在沒有試驗數據的情況下，如何進行取值是一個復雜的技術問題。為了保證基礎滿足抗拔試驗的要求，且能與加載系統順利銜接，每個基礎沿著正八角形埋設8根直徑55mm地質螺栓，長度比基礎埋深~50mm。

2．3加載系統

試驗加載系統主要包括垂直方向上拔力、x和Y向水平力2個子系統，它們既相互獨立又相互聯系。豎向上拔加載設備主要包括千斤頂、連接框架、反力鋼梁和反力基礎組成，千斤項最大加載能力為5000kN；連接框架主要包括80mm厚的鋼板、千斤頂下底板、千斤頂上頂板、配套的地腳螺栓及其螺帽等；反力鋼梁采用經焊接加固后的7根56b工字鋼鋼梁，鋼梁長12m，設計最大承載力可達5000kN；由于此次試驗場地區域主要為巖石地區，反力墩基礎可滿足地基強度和變形的要求，因此主要采用枕木基墊的反力墩基礎。水平加載裝置都要包括連接件、鋼絲繩、滑輪組或滑車、手拉葫蘆等，水平反力利用地錨來實現，基礎頂部通過滑輪組、鋼絲繩和連接件組合與反力地錨相連，對試驗基礎的加卸荷通過手拉葫蘆調節鋼絲繩來實現。

2．4加載方案

試驗采用慢速荷載維持法，但在現場試驗過程中，可根據以往類似經驗對加載初期的低荷載采用快速荷載法。具體加卸載方案、加卸載終止條件、極限承載力的確定見相關規范。

3試驗結果分析

3．1基礎荷載一位移曲線

根據相關技術規定(9)，基礎的上拔荷載至少加載至設計荷載的2．oN，基礎的水平荷載加載至設計荷載的1．6倍。A2，A1，B2，B1，B3基礎的最大上拔荷載分別為3600，4200，3900，4200，5000kN，分別為設計荷載的2．4，2．8，2．6，2．8，3．3倍：A2，B2，BI基礎的最大水平荷載最大加載至400kNIX方向)，352kN(Y方向)，為水平設計荷載的1．6N，均滿足規范要求。

3．2基礎極限承載力的確定

(1)5個基礎的上拔荷載一豎向位移曲線變化規律基本相同，當上拔荷載加載至設計荷載1500kN時，除A2基礎在聯合工況下的1．08112111與Bl基礎在單純抗拔條件下(lgo．73mm豎向上拔量稍大以外，其余基礎豎向變形量均很小，巖土體基本上處于完全彈性狀態；隨著上拔荷載的增加，基礎均未表現出破壞跡象，僅僅是由于反力墩基礎的不均勻沉降、反力鋼粱的極限承載力不足、基礎混凝土承臺被拉裂等客觀因素的影響而停止加載。5個基礎的最大抗拔加載量為5000kN，且為基礎截面尺寸最小與埋深最淺的B3基礎，以最大試驗荷載作為極限抗拔承載力的判定依據，可綜合判定：5個巖石嵌固式基礎的極限抗拔承載力至少為5000kN。

(2)現場真型試驗基礎的水平荷載一水平位移關系曲線基本成線性，且水平位移均很小，未達到10mm的極限位移量。因此，以最大加載荷載作為極限水平荷載，可綜合判定5個巖石嵌固式基礎的極限水平荷載，xyN極限水平荷載分別為400，352k．N。

3．3巖石等代極限剪切強度的確定

根據相關資料【15】，區B屬于中等風化軟質巖石；根據相關技術規定(9)中表10．2．4中ts值的規定，推薦ts=20～40kpa結合上述試驗結果．最終取ts=40kPa。供設計參考。

3．4基礎的穩定性驗算

對于巖石嵌固式基礎，由于破壞機制不同，相關技術規定(9)中的剪切法與土重法往往不再適用，選用極限平衡理論驗算基礎的整體穩定性。根據極限平衡理論計算出的極限抗拔承載力與現場試驗結果基本吻合，因此可采用極限平衡理論驗算基礎的整體穩定性，但現場巖石基礎的安息角應慎重取值。

3．5N腳螺栓荷載傳遞特性

地腳螺栓在拉拔荷載作用下處于彈性狀態，可由試驗所測得的應變值，按照彈性理論計算地腳螺栓的應力分布，然后得到基礎立柱截面的軸力分布，從而分析討論基礎立柱的受力性能。

(1)N腳螺栓在單純抗拔荷載作用下的軸力分布非常有規律，自上而下逐步減弱。

(2)N腳螺栓在上拔荷載較小時。基礎深處的地腳螺栓幾乎不受影響；只有當上拔荷載較大時(大于3600kN)，基礎深處的地腳螺栓才會受到上拔荷載的影響。

(3)基于一定的安全系數的考慮，對于220kV永強一蘇川輸電線路工程巖石嵌固式基礎而言，桿塔作用力對基礎地腳螺栓的影響深度可取2．8m左右。因此，在滿足設計與構造要求的前提下，巖石嵌固式基礎中的地腳螺栓或受力主筋可適當縮短。

4結語

(1)現場試驗荷載一位移曲線表明，巖石嵌固式基礎的極限抗拔承載力大于5000kN，置yN極限水平荷載分別為400，352kN，均滿足設計要求。

(2)根據現場試驗結果，巖石嵌固式基礎的巖石等代極限剪切強度可取e=40kPa，供設計參考。

(3)驗算巖石嵌固式基礎穩定性時，可根據極限平衡原理計算，其中巖石安息角應根據具體現場地質資料慎重取值。

(4)基于一定的安全系數的考慮，對于220kV永強一蘇川輸電線路工程巖石嵌固式基礎而言，桿塔作用力對基礎地腳螺栓的影響深度可取2．8m左右。因此，在滿足設計與構造要求的前提下，巖石嵌固式基礎中的地腳螺栓可適當縮短。

(5)與其他類型基礎的比較，采用巖石嵌固式基礎的經濟效果明顯，且有利于環境保護。經現場真型試驗表明，巖石嵌固式基礎安全可靠、經濟環保，充分發揮了原狀巖體的力學性能，具有良好的抗拔和抗傾覆性能，符合“資源節約型、環境友好型”輸電線路建設的要求，完全可在風化性較強的山區巖石地基輸電線路工程中推廣應用。