一种输电线路铁塔基础原位加固处理方法

1
1
原靴板
新筋板
图2 外包混凝土增设锚栓法
3.2 地脚螺栓锚固不足加固方案
铁塔地脚螺栓锚固长度不足的问题，主要 有如下三种解决问题的方法。
(2) 连接锚筋加强锚固法 将基础柱角的混凝土凿除，使锚栓局部裸 露，然后再将锚栓和基础柱的主筋上加焊连接锚 筋，形成分肢锚固，最后浇筑混凝土形成整体。 考虑本工程情况，方案一具有对原基础 及塔脚底板无损伤，原基础可作为加固过程中 的下压支撑，加固过程安全可靠。力学模型清 晰，可量化计算，加固工艺可控，加固效果 好，在基础砼强度不满足要求的条件下，统筹 考虑了基础的加固，一次性解决掉基础与地脚 螺栓锚固不足的问题。方案二因线路铁塔地脚 螺栓集中在基础中心部位，凿除基础混凝土对 原基础损伤太大，施工过程需要另外对原铁塔
* 收稿日期：2013-01-30 作者简介：李伟(1984- )，男，湖北黄冈人，硕士，工程师，从事输变电结构设计研究。
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变形系数：α=(md0/EI) =0.853，故l=2.4m<2.5/α =2.5×1.172=2.93m，按刚性桩考虑。
Original Location Reinforce Treatment Method of Iron Tower Foundation in Transmission Line
LI Wei，YI Li-ming，WANG Si-xiu
(Hubei Electric Power Survey & Design Institute Wuhan City, Wuhan 430040, China) Abstract: The paper is aimed to solve the problem for a 220kv operated tower which is not safe because its foundation concrete is not strong enough. Through analyzing, it finds that the problem is caused by insufficient foundation shear force and anchoring ability. Therefore, it proposed to change the dig foundation into large excavation step foundation and add supporting bolts. In addition, the paper initially proposed a coupling device for new and originally fixed anchor bolts. The above mentioned methods, characterized in charged in-situ reinforcement, safe and controllable construction, are put into projects, effectively solved engineering problems and available for the reference of power industry. Key words: line tower; dig foundation; concrete strength; anchor bolt; charged in-situ reinforcement.
为进一步深入的评估该塔的情况，对该塔 的按照实际档距、风速和实际使用条件进行了 分析，塔腿作用力见表2。
表2 实际作用力设计值
塔号 T60 T 352 Thx 43 Thy 38
(
）
(单位：kN)
N 447 Nhx 52 Nhy 45
2.1 基础承载力验算
掏挖基础主柱设计主要考虑上拔稳定、下 压稳定、强度计算三个方面。前两项主要由基 础外形尺寸确定，仅强度计算与基础砼强度相 关。根据现场实测的砼强度等级，对基础进行 强度验算如下：
(1) 外包混凝土增加锚栓法 原基础周围新浇筑一层大于180mm厚的钢 筋混凝土，并在新浇注的混凝土中埋置锚栓。 采用一种装置使所增设的锚栓与原锚栓共同连 接固定铁塔柱脚。 见图2。
塔腿斜材 原靴板 原筋板 新增靴板 新底脚螺栓 新增塔脚底板 原底脚螺栓 原基础主柱 新增筋板
2.2 地脚螺栓承载力验算
新增钢筋Hale Waihona Puke Baidu
新底脚螺栓孔 新增塔脚底板 新增靴板 新老底脚板焊缝
3
原筋板
2
2
3
原塔脚底板
3 加固处理方案选择
3.1 基础加固方案
前文已论述，基础混凝土强度降为 f cuk=12.5kPa ，掏挖基础底板上拔和下压剪切强 度不满足要求。但掏挖基础为原状土基础，无 法对其自身强度进行加固。因此需要考虑采取 其他的方式处理。 考虑到对原掏挖基础进行开挖，将破坏掏 挖基础的受力形式，因此考虑对掏挖基础进行 浅层处理。一方面利用原掏挖基础作为下压支 撑，另一方面采用加大基础主柱截面，并新增 底板将掏挖基础受力体系转变成大开挖重力式 基础受力体系进行处理。
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一种输电线路铁塔基础原位加固处理方法
一种输电线路铁塔基础 原位加固处理方法
李 伟，易黎明，王四秀 (湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040)
摘要：某已架线220kV铁塔基础砼强度不足，影响运行安全，需要处理。分析得出该塔存在掏挖基础抗剪切不 足和地脚螺栓锚固不足的问题。对此提出将掏挖基础改造成大开挖台阶基础和增设辅助锚栓的处理措施，并 提出设计和施工具体方法。本文首次提出了一套新老地脚螺栓连接装置，并应用于实际工程中。全套技术有 效解决了工程问题，具有带电原位加固，施工过程安全可控的特点，可供同行业参考。 关键词：线路铁塔；掏挖基础；混凝土强度；地脚螺栓；带电原位加固。 中图分类号：TM75 文献标志码：B 文章编号：1671-9913(2013)02-0065-06
取柱底x=2.4，计算可得，柱底弯矩为 89.8kN.m。 e0=M/T=64.10/352=0.255m rg/2=0.35m e0<rg/2 按照《规范》9.1.3条，考虑钢筋应力塑性 分布(9.1.3-5)，对基础主柱进行配筋计算：
图1 基础施工图
经使用回弹仪和钻芯取样综合评定，该基 础立方体抗压强度标准值fcu,k=12.5MPa，不满足 设计要求C20强度要求。结合《规范》中置换公 式，该基础砼设计参数见表1。
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增设可靠竖向下压和上拔支撑，施工安全性难 以保证。且加固方案未考虑基础加固，方案是 适应性不强。 综上所述，方案一为本案例的最优处理方 案。
力，使得新增地脚螺栓能弥补原地脚螺栓锚固 不足。加固过程中，基础兼做铁塔下压支撑。 该装置增设新的底脚板、靴板、筋板，通 过焊接的方式与原底脚板、靴板焊接，形成新 的多地脚螺栓的受力体系。 加固计算参照《手册》及经验对该加固装 置受力进行如下假设： ①塔脚底板受压时，整个塔脚板均匀受 压。②塔脚底板受拉时，每个地脚螺栓所受拉 力相同。③每根地脚螺栓拉力平均分配到相邻 的筋板上。 按照上述三条假设，对新增设的锚固装置 进行验算。各构件验算根据《手册》，按下列 公式计算： (1) 地脚螺栓验算 本案例新增 12 根 M20 地脚螺栓，与原地脚 螺栓组成共同受力体系，构造设置即可。地脚 螺栓采用式Af=TE/nfg进行验算。 (2) 塔脚底板验算 6Mmax 1 塔 脚 板 的 厚 度 按 照 δ≥ —— 计 [σ] 1.2 ——— 算，受压计算 M 值分别按照四边支承、三边支 承、二边支承受压板参照进行计算。 受拉计算按照每个地脚螺栓所承受的拉力 平均分配在各靠近加劲肋或靴板上进行假定， 弯矩按照式Ms=TS/n计算。 (3) 靴板验算 塔脚板受压时每块靴板承受由两靴板交点 作 45 °压力分布线范围内的全部反力，因此靴 板承受一个按照三角形规律分布的荷载，最大 反力在主材边。 靴板所受的切力为：
表1 基础砼设计参数
塔号 T60 fck 8.36 fc 5.97
As
1.1TE fy
1.25e0 2 1 2466mm rg
原基础主柱配筋A=3053mm2>As，满足设计 要求。
(单位：N/mm2)
ftk 1.13 ft 0.81
2.1.3 底板强度
(1) x-x截面(柱底0.1m截面，d = 966mm) 取x = 2.5，计算可得，柱底0.1m处截面弯 矩为90.6kN.m。 120 γ1=1.60× 0.7+ —— =3.11 2γ Mx T σct= —— + —— = 0.327N/mm2 γ1W0 Ah
A Q ≈∫ 0qxdx = —ABσ
4 实例分析及处理措施
4.1 加固原理及计算分析 4.1.1 基础加固设计
利用原掏挖 作为下压支撑，将掏挖基础 主柱半径增大 200mm ，外部配置环形箍筋和竖 向纵筋，基础沿主柱外边缘外扩1600mm，高度 1000mm。最终形成重力式台阶基础。考虑到加 固过程中的施工安全性，减少对原掏挖基础的 扰动，该基础仅保留 600mm 主柱长度，其他部 分按照底板设置，如图3。
1 概况
某 220kV 线路工程，架线完毕后检测发现 T60 塔位基础主柱混凝土实际抗压强度未达到 设计要求值。该线路投产送电在即，业主委托 时同时提出几条处理原则：安全可靠、原位处 理、不拆塔，工期尽可能短。
2 事故分析
T60为直线塔，塔呼高36m，全高55.0m， 铁塔根开 8.24m 。铁塔基础采用平腿配置，采 用掏挖基础，基础最小埋深 3.2m ，基础主柱直 径0.8m，主筋为HRB335级钢。每塔腿设置4根 M30地脚螺栓，材质35#钢，地螺间距240mm。 该塔位典型基础型式见图1。
2.1.1 划分桩类
可 塑 粘 性 土 反 力 系 数 m = 2 × 1 0 4k N . m ， 对钢筋混凝土桩的抗弯刚度 EI =0.8 E c I ，桩的
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σmax=F/A+Mh/W=182.3kPa>P0 偏压时 σmax=N/A+Mh/W=196.03kPa>P0 均不满足要求，故y-y截面的上拔和下压的 抗剪强度均不满足设计要求。
原设计按照 C20 的混凝土强度，采用 M30 螺栓，锚固长度取为 830mm 。根据混凝土实 际抗压强度，由《规范》中锚栓的计算公式， fg Iσ= σ —— d 得锚栓的最小锚固长度为1126mm， ft 原地脚螺栓锚固长度不足。 地脚螺栓抗力见表3。
表3 T60地脚螺栓内力比较表
fcuk /kPa 12.5 作用力 88 实际地螺抗力 71
0.59ft = 0.48N/mm2 σct < 0.59ft，底板抗拉强度满足要求。 (2) y - y 截面 ( 取基柱边截面 ) 基础上、下面 的净土压力σ0计算： 在该基础允许的尺寸和混凝土强度等级的 条件下，如果底板的净土压力能满足不大于允 许底板平均净反力P0值大小，即可不必验算。 δ=Δh/Δb =0.9/0.75=1.2 tanδ-δ 1.2-0.876 P0= ————(0.55ft) = —————— δ 0.876 ×0.55×810=165(kPa) 偏拉时
2.1.2 基桩配筋
将《规范》附录G中ω计算公式和xA计算公 式代入Mx公式中进行推导，原状土基础刚性基柱 考虑土抗力时任一截面弯矩Mx可按下式计算。
x 2 3dh 2 60 DW / h 2 2dhx M x Th x 1 dh 4 180 DW
(单位：kN)
设计地螺抗力 97
原塔脚底板 新老底脚板焊缝 加大截面后基础柱 新增设底脚螺栓
从计算结果来看，原设计地脚螺栓在砼强 度等级降低为 f cuk=12.5kPa 时，地脚螺栓不能满 足抗拔的要求。 经上述分析表明，该基基础底板 Y-Y 截面 上拔和下压剪切承载力不满足设计要求。地 脚螺栓的抗拔力也不满足设计要求，需要进 行处理。