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        斜掏挖與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)性能對(duì)比

        2010-06-07 05:24:50趙懷宇武淑敏
        電力建設(shè) 2010年1期
        關(guān)鍵詞:水平

        趙懷宇,武淑敏

        (河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,石家莊市,050031)

        0 引言

        斜掏挖擴(kuò)底(原狀土)基礎(chǔ)試驗(yàn)是國家電網(wǎng)公司2008年重點(diǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目,該試驗(yàn)依托220 kV邢臺(tái)北—大陸村線路工程,于2008年12月在N150附近的一場(chǎng)址順利完成。

        斜掏挖基礎(chǔ)滿足“兩型三新”線路工程的需要,其計(jì)算理論成熟,設(shè)計(jì)軟件完善,施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度高,在河北省南部電網(wǎng)適合人工斜掏挖的水文地質(zhì)條件下可以大力推廣應(yīng)用。掏挖基礎(chǔ)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益明顯優(yōu)于大開挖基礎(chǔ),斜掏挖基礎(chǔ)受力狀態(tài)比直掏挖斜插基礎(chǔ)(相當(dāng)于偏心距較小的直掏挖基礎(chǔ))更合理。試驗(yàn)表明,斜掏挖與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)相比,具有基礎(chǔ)位移小、土體抗力小、鋼筋應(yīng)力小且分布均勻等優(yōu)勢(shì),因此斜掏挖基礎(chǔ)具有良好的力學(xué)性能,有利于工程投資的控制。

        1 試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容和目標(biāo),為了對(duì)比斜掏挖和直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)不同之處,以及不同埋深對(duì)基礎(chǔ)造價(jià)的影響,本次試驗(yàn)布置2個(gè)斜掏挖和2個(gè)直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ),共4個(gè)單腿試驗(yàn)基礎(chǔ),其基礎(chǔ)作用力均采用雙回路直線塔2I-SZ3(27 m)的基礎(chǔ)作用力?;A(chǔ)施工圖如圖1~4所示。

        2 斜掏挖與直掏挖基礎(chǔ)性能對(duì)比

        2.1 基礎(chǔ)變形特性

        根據(jù)試驗(yàn)記錄整理得到基礎(chǔ)的荷載位移如表1和表2所示。

        表1 基礎(chǔ)上拔位移表Tab.1 Up-lift displacement of foundation

        表1中數(shù)據(jù)表明:當(dāng)上拔荷載小于625 kN時(shí),斜掏挖基礎(chǔ)豎向位移均大于直掏挖基礎(chǔ),而當(dāng)上拔荷載大于或等于625 kN時(shí),斜掏挖基礎(chǔ)豎向位移均小于直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)。這說明當(dāng)荷載突破直掏挖基礎(chǔ)與其周圍的土體抵抗力時(shí),其豎向位移突變,其周圍土體快速向塑性發(fā)展;而斜掏挖基礎(chǔ)豎向位移變化緩和,其周圍土體表現(xiàn)出較好的塑性。

        表2 基礎(chǔ)水平位移表Tab.2 Horizontal displacement of foundation

        表2中數(shù)據(jù)表明:在水平荷載作用下,斜掏挖基礎(chǔ)水平位移都小于直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)水平位移,這說明在同樣的荷載條件下,斜掏挖基礎(chǔ)比直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)水平變形小。

        2.2 地基土壓力

        基礎(chǔ)所受土壓力反映了外荷載作用下基礎(chǔ)與地基之間的相互作用,這直接影響基礎(chǔ)變形、穩(wěn)定等工程特性。4個(gè)基礎(chǔ)在豎向荷載625 kN及水平荷載96 kN共同作用下的土壓力變化情況如圖5~6所示,其他荷載水平下變化規(guī)律相同。

        由圖5~6可以看出:斜掏挖基礎(chǔ)立柱兩側(cè)土壓力比直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)小,這說明斜掏挖基礎(chǔ)明顯改善了基礎(chǔ)主柱的受力狀況,有利于提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

        2.3 基礎(chǔ)主筋應(yīng)力

        試驗(yàn)基礎(chǔ)中布置應(yīng)變片的目的是測(cè)量豎向荷載與水平荷載組合作用下基礎(chǔ)主筋應(yīng)變變化,從而計(jì)算出主筋相應(yīng)的應(yīng)力變化?;A(chǔ)鋼筋應(yīng)力為

        式中:σ為鋼筋應(yīng)力,MPa;E為鋼筋彈性模量,E=2.1×105MPa;ε 為試驗(yàn)中主筋的實(shí)測(cè)應(yīng)變值 με,10-6。

        基礎(chǔ)主筋應(yīng)力隨基礎(chǔ)深度的變化曲線如圖7~8所示。

        由圖7和圖8可知,XTW-A基礎(chǔ)主筋應(yīng)力小于ZTW-A基礎(chǔ)主筋應(yīng)力。B基礎(chǔ)結(jié)論同A基礎(chǔ)。

        3 斜掏挖與直掏挖基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

        與相同尺寸的直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)(偏心距較小的直掏挖基礎(chǔ))相比,在相同的荷載和地質(zhì)條件下,斜掏挖基礎(chǔ)基柱最大彎矩小,基底彎矩小,水平傾覆穩(wěn)定容易滿足。故對(duì)于斜掏挖基礎(chǔ),基礎(chǔ)底面直徑尺寸小,鋼筋用量少,混凝土用量小,挖方小,經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)。

        如 SZ2基礎(chǔ)作用力(kN):N=611.09,Nx=76.57,Ny=67.78;T=538.97,Tx=69.61,Ty=60.42。地質(zhì)條件:0~5.0 m厚度之內(nèi)為粘土,可塑;γ=16.9 kN/m3,fak=120 kPa,c=20 kPa,φ=16.9°。塔腿主材規(guī)格為Q420,L125×10,正、側(cè)面坡度為 0.09078。經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較如表3所示,表3中基礎(chǔ)大小是滿足基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定、基礎(chǔ)下壓穩(wěn)定、底板下壓、底板上拔剪切以及剛性角等約束條件,并使本體造價(jià)最低的基礎(chǔ)尺寸。

        表3 500 kV雙回線路基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較Tab.3 Technical-economical comparisons of different foundations

        由表3可知,從混凝土用量、鋼筋用量、挖方量、造價(jià)來看,斜掏挖基礎(chǔ)最小,直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)次之,直掏挖基礎(chǔ)最大,其中斜掏挖基礎(chǔ)造價(jià)最低。

        4 結(jié)論

        綜上所述,從基礎(chǔ)變形、土體壓力和基礎(chǔ)主筋應(yīng)力來看,采用斜掏挖基礎(chǔ)比直掏挖斜插基礎(chǔ)(偏心距較小的直掏挖基礎(chǔ))更加合理。

        (1)斜掏挖基礎(chǔ)仍然是剛性短樁基礎(chǔ);

        (2)斜掏挖基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心位置不一定在柱體上;

        (3)斜掏挖基礎(chǔ)與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)(偏小距較小的直掏挖基礎(chǔ))相比,立柱最大彎矩、基底彎矩明顯降低;

        (4)斜掏挖基礎(chǔ)與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)(偏小距較小的直掏挖基礎(chǔ))相比,混凝土用量、鋼材用量、挖方量、造價(jià)均有不同程度的減少。

        總之,斜掏挖擴(kuò)底(原狀土)基礎(chǔ)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,其符合創(chuàng)建“兩型三新”線路工程的需要。

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