高压电塔基础防护设计

第19卷第2期2005年4月

土工基础

Soil Eng.and Foundation

V o1.19No.2

Apr.2005高压电塔基础防护设计

王熳

(武汉铁路时代建筑设计所,武汉430071)

摘要:采用基坑支护理论和桩锚支护结构解决广园东快速路二期工程A24标高压电塔基础防护的设计和施工问题。工程实践表明,该法获得成功,有应用前景。

关键词:高压电塔,基础防护,桩锚支护结构

中图分类号:T U475文献标识码:B文章编号:1004-3152(2005)02-0050-03

1前言

广园东快速路二期工程A24标高压电塔输电线路,位于A24标大型蓿苜叶二层全互通立交的中部,横跨主道和多条匝道,为500kV国家一级干线,担负着广州市三分之一的电力供应。该电塔基础不仅荷载大,而且具有距离线路近、边坡高度大并悬于线路之上的特点。防护结构需要按照永久结构并保证万无一失,不仅是行车安全的要求,更是保证输电线路安全的需要,因此,设计难度很大,风险很高,是广园东快速路二期工程的控制性工程。

由于防护结构不仅荷载大,而且位移控制严格,如果按铁路工程采用抗滑桩设计理论进行分析计算,防护结构过于庞大,以致无足够的支护设置空间。针对这一难题,我们通过详细地分析计算,采用了建筑工程中的基坑支护理论和桩锚新型支护结构解决了这个难题。该工程至今已安全运行多年。为供类似工程参考,在此作一简要介绍。

2工程概况

广园东快速路二期工程A24标高压电塔基础,位于A24标主线k32+429~+441左侧边坡旁。边沟外缘距电塔基础最外边边缘5.98m,边坡最高点与边沟沟底的高差为9.839m,电塔基础底面与边沟沟底的高度差为5.127m。电塔基础为正方形C20钢筋混凝土基础,边长6.3m,底面对角线与线路基坑边线之间的交角为79.62b。

根据地质资料,边坡岩性为花岗岩风化残积砂质粘性土,可塑偏硬塑状,天然密度1.84g/cm3,直接快剪强度指标c、U分别为21.2kPa,23.7b。地下水稳定水位处于路基面以下。

广东省电力勘测设计院提供的该电塔每个基础对地基的竖向和水平向作用力标准值分别为2940 kN和980kN。根据电塔及其基础的结构形式,属偏心受载。

3支护结构设计

根据高压电塔基础与主线在平面上和立体上的相互关系,坡比很大,可以视为建筑基坑,防护设计采用深基坑支护理论,并按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)[1]的规定执行。

在支护结构的选型上,从施工可靠性、技术可行性、设计理论成熟度、经济合理性、工期符合性和支护结构安全性等方面,进行了桩板墙、排桩、桩锚、双排桩、土钉墙、复合土钉墙等方案的比选,最终选用桩锚支护方案,即在基坑边缘设人工挖孔支护桩,在支护桩背后稳定地层中设置人工挖孔锚桩,锚桩与支护桩通过联系梁连接,二者共同组成支护结构。鉴于该高压电塔的重要性,为安全起见,高压电塔基础围护设计以最危险断面(k32+433.598断面)为基准(即4号桩)进行,按一级基坑设计,即基坑重要性系数为1.1。

3.1支护桩外力分析及取值

根据高压电塔基础与基坑的关系,支护桩受以下5个外力的作用:

收稿日期:2004-07-20

作者简介:王熳,男,1968年生,1990年毕业于西南交通大学工民建专业。所长,总工师程、国家注册一级结构工程师。主要从事结构设计工作。

(1)主动土压力

主动土压力计算采用朗肯主动土压力理论,土压力分布模式采用矩形。基坑壁土体为砂质粘性土,有一定的渗透性,但地下水稳定水位较深,位于基坑底面以下,基坑壁土体仅受降雨下渗的影响。为防止支护桩间土遭受侵蚀,在基坑壁设厚0.2m 的C30钢筋混凝土防护面板,面板上设置一定数量的排水孔。所以,主动土压力计算采用水、土压力合算模式。

(2)电塔基础对地基的竖向作用力

广东省电力勘测设计院提供该作用力标准值为2940kN,均匀分布在基础底面上则为74.07kPa 。由于该作用力是偏心,且偏向基坑,不利于基坑稳定,故为安全起见,该力分布采用三角形分布模式,在平面则以矩形分布模式考虑,宽度大小为基础底面对角线长,根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99[3],其作用在基坑侧壁的范围为基坑底面以上1.097m 处直至桩底,如图1所示。

(3)

电塔基础对地基的水平向作用力

图1 基础支护结构计算简图

广东省电力勘测设计院提供该作用力标准值为980kN 。

由于高压电塔基础是强度等级为C20钢筋混凝土刚性基础,根据土力学的基本原理,如果电塔基础对地基的水平向作用力由基础前的土体来平衡,则土体必须有足够的位移以使基础前的土体产生被动土压力。根据文献[2]提供的资料,在硬粘土层中,挡土墙前土体产生被动土压力的条件是墙顶水平位移应达到墙高的0.02倍,即电塔基础位移应达8cm 之多,这不仅不可能产生,也是不能允许的。事实上,土体具有弹塑性和可压缩性,在水平外力作用下,基础前的土体产生变形,电塔基础则产生相对位移,电塔基础底面与地基土体之间的摩擦力发挥作用。根据《铁路路基支挡结构物设计规则》T BJ25-90[3],电塔基础底面与地基砂质粘性土(粉质粘土)之间的摩擦系数可以取为0.3~0.4,如取0.35,则电塔基础底面与地基土之间的摩擦力为:

f=2940kN @0.35=1029kN >980kN,即摩擦力足以平衡水平向作用力。电塔基础底面与地基土之间的摩擦力通过土颗粒之间的相互作用而在空间范围内产生应力扩散,从而使挖孔桩支护结构承受一定的水平外力。

由于高压电塔基础底面对角线与线路基坑边线之间的交角为79.62b ,而基坑支护桩近于直线排列,电塔基础各点与桩背的距离不等且相差较大,摩擦力传递到桩背上的的大小在平面上是中间大而两侧小的非均匀分布,由于高压电塔基础角点距支护桩桩背最小距离离也有4.03m,因此,这种非均匀分布在桩背上相对较为缓和而不至于出现极端的极值分布形式。同样,在深度方向上,摩擦力的扩散也会呈上大下小的非均匀分布,且这种非均匀分布也同样较为平缓而非极端的极值分布。另外,摩擦力在扩散过程中,将有一小部分扩散到支护桩以外的区域,因此,最终作用于支护桩桩背的水平向作用力

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第2期 王 熳:高压电塔基础防护设计