劉宏濱，何天勝，房向日，陳 錕

(1.中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院，廣州 510600；2.廣東天聯(lián)電力設(shè)計有限公司，廣州 510600)

1 概述

等截面斜柱基礎(chǔ)是廣東省電力設(shè)計研究院依據(jù)近年的工程實踐提出的一種新型基礎(chǔ)型式，其外形與斜插式基礎(chǔ)類似，不同點是塔腿主材與基礎(chǔ)主柱連接是采用傳統(tǒng)的地腳螺栓連接方式而非插入角鋼(見圖1)。新型基礎(chǔ)主柱雙面傾斜，主柱坡度與塔身主材坡度一致，其受力特點現(xiàn)將坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)移至基礎(chǔ)頂面，使得新坐標(biāo)系z'方向與主材方向一致，頂面的長度方向和寬度方向分別為新坐標(biāo)系的x'軸和y'軸，通過力系在空間坐標(biāo)系的變換，基礎(chǔ)主柱水平作用力減少70%～90%，而基礎(chǔ)軸向作用力僅增加1%～2%，水平力對主柱底端的彎曲效應(yīng)的大大減小使基礎(chǔ)主柱、底板受力狀況得到改善。

圖1 斜柱基礎(chǔ)意示意圖

由于基礎(chǔ)主柱彎曲效應(yīng)的減少，使基礎(chǔ)主柱截面面積相應(yīng)減小，同時基礎(chǔ)主柱側(cè)向穩(wěn)定性也得到明顯改善。新型基礎(chǔ)形式與同條件下其它開挖基礎(chǔ)相比可減少混凝土和鋼筋用量約達30%。

由于新型等截面斜柱基礎(chǔ)在國內(nèi)尚缺少設(shè)計及運行經(jīng)驗，依據(jù)文獻[2]，基礎(chǔ)設(shè)計采用新結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)缺乏實踐經(jīng)驗時，應(yīng)經(jīng)過試驗驗證。故我院選用500kV嘉應(yīng)至榕江送電線路工程雙回路直線塔等截面斜柱基礎(chǔ)進行真型試驗，為在今后的工程設(shè)計中應(yīng)用此基礎(chǔ)提供參考依據(jù)。

2 試驗概況

2.1 地基概況

試驗場地地處山間凹地，原為溝谷，因附近修路大量填土堆積而成，據(jù)勘察資料，地質(zhì)概況見表1。

表1 現(xiàn)場地質(zhì)條件

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計

試驗中布置一組3個尺寸完全相同的基礎(chǔ)進行豎向抗拔和抗水平力的組合作用試驗。水平力是通過兩個相互垂直的水平作用力施加在基礎(chǔ)上。試驗基礎(chǔ)尺寸見表2。

表2 試驗基礎(chǔ)尺寸

2.3 基礎(chǔ)荷載

試驗工況下的基礎(chǔ)作用力，見表3。

表3 試驗基礎(chǔ)作用力

2.4 加卸載試驗方案

基礎(chǔ)承載力試驗荷載均采用慢速維持荷載法。即上拔荷載與水平荷載對應(yīng)按比例同時逐級加載，每級荷載達到相對穩(wěn)定后加載下一級荷載，直至達到試驗等截面斜柱基礎(chǔ)終止加載條件，然后分級卸荷到零。

2.5 加載方法與加載系統(tǒng)

試驗過程中上拔荷載、水平荷載同步施加，并確保加載和卸載的荷載比值相同。

現(xiàn)場抗拔和抗水平靜載荷試驗采用反力梁、反力支架裝置以及反力樁、反力墩(山壁)。

2.6 柱、基礎(chǔ)底板內(nèi)力測試系統(tǒng)

本試驗基礎(chǔ)的應(yīng)力測試是在柱和底板上埋設(shè)混凝土應(yīng)變計進行測量，測量的內(nèi)容與測試方法以及使用的主要儀器列于表4。

表4 測試系統(tǒng)

3 試驗結(jié)果分析

3.1 基礎(chǔ)變形分析

為了確保架空輸電線路的安全運行，應(yīng)嚴格控制基礎(chǔ)的變形，使其控制在文獻[2]規(guī)定的范圍內(nèi)。

本文在試驗過程中，分別對豎向位移和水平位移進行同步測量，并記錄在不同荷載下豎向位移與水平位移，其曲線見圖2、圖3。

圖2 荷載U-上拔位移δ曲線

圖3 水平荷載H-位移Y0曲線

試驗結(jié)果見表5。

表5 試驗結(jié)果

圖2是基礎(chǔ)上拔靜載試驗的U-δ曲線，在加載過程的前、中期，位移曲線變化緩慢，但b2基礎(chǔ)當(dāng)加載到2251kN時，位移量突然增大，U-δ曲線出現(xiàn)陡升段，δ-lgt曲線(見圖6)尾部明顯上彎，b3基礎(chǔ)當(dāng)試驗加載至2434kN時，位移量突然增大，U-δ曲線出現(xiàn)陡升段，δ-lgt曲線(見圖10)尾部明顯上彎，b1基礎(chǔ)在整個加載過程中，U-δ曲線緩變，無明顯突變拐點，δ-lgt曲線(見圖4)也呈平緩規(guī)則排列，綜合分析，b1基礎(chǔ)上拔極限荷載Uu≥2373kN，b2基礎(chǔ)上拔極限荷載Uu=2191kN，b2基礎(chǔ)上拔極限荷載Uu=2373kN，均大于設(shè)計極限承載力U=2068.9kN，滿足設(shè)計要求。

圖3是基礎(chǔ)水平靜載試驗的H-Y0曲線，從圖中看到，在加載過程的前、中期，位移曲線緩慢，但當(dāng)加載至414kN時，b2基礎(chǔ)曲線出現(xiàn)陡降段，并且Y0-lgt曲線(見圖7)尾部明顯下彎，b3基礎(chǔ)在加載至448kN時，H-Y0曲線出現(xiàn)陡降段，Y0-lgt曲線(見圖9)尾部明顯下彎，而 b1基礎(chǔ)在整個試驗過程中，H-Y0曲線無明顯陡降，Y0-lgt曲線(見圖5)呈平緩規(guī)則變化。而從水平位移梯度曲線(見圖10～圖12)，可以看出，三個基礎(chǔ)均出現(xiàn)水平極限荷載(b1基礎(chǔ)414kN，b2基礎(chǔ)392kN，b3基礎(chǔ)437kN)，而b1基礎(chǔ)出現(xiàn)水平臨界荷載(201kN)，因此可以判定水平極限承載力Hu≥380.8 kN，滿足設(shè)計的極限要求。

圖4 b1基礎(chǔ)上拔位移δ-時間t曲線

圖5 b1基礎(chǔ)位移Y0-時間曲線

圖6 b2基礎(chǔ)上拔位移δ-時間曲線

圖7 b2基礎(chǔ)位移Y0-時間lgt曲線

圖8 b3基礎(chǔ)上拔位移δ-時間t曲線

圖9 b3基礎(chǔ)位移Y0-時間lgt曲線

圖10 b1基礎(chǔ)的水平梯度曲線

圖11 b2基礎(chǔ)水平梯度曲線

圖12 b3基礎(chǔ)水平梯度曲線

2.2 基礎(chǔ)內(nèi)力分析

試驗是在上拔和二個水平方向荷載同步加載的，其結(jié)果是基礎(chǔ)內(nèi)力的綜合體現(xiàn)，基礎(chǔ)的最大應(yīng)力以及應(yīng)力的大致范圍見表6。

表6 基礎(chǔ)內(nèi)力

從3個基礎(chǔ)的試驗結(jié)果來看，抗拔時斜柱與基礎(chǔ)均以拉應(yīng)力為主，個別基礎(chǔ)局部出現(xiàn)很小的壓應(yīng)力。3個基礎(chǔ)中，c線拉力較大，其次是b、d線，a線拉力最小，從柱頂?shù)街?，柱頂以?.0～3.5m拉應(yīng)力較大，而最大應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)在柱頂下3.5m處，最大拉應(yīng)力為26.1MPa(b2基礎(chǔ)，見圖13)，壓應(yīng)力多在0～1.0MPa，最大壓應(yīng)力為1.4MPa(b3基礎(chǔ)，柱頂下3.0m處)。

圖13 b2斜柱在不同荷載下應(yīng)力沿深度變化圖(b1，b3柱類似)

3 結(jié)論

(1)通過新型等截面斜柱基礎(chǔ)試驗，結(jié)果表明該基礎(chǔ)試驗的上拔和水平極限荷載都超過設(shè)計極限荷載，超過范圍在24%～39%(水平荷載)和28～39%(豎向荷載)。說明該基礎(chǔ)型式在設(shè)計荷載范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定、安全的，并有一定的儲備。

(2)該基礎(chǔ)型式與同條件下其它開挖基礎(chǔ)相比，鋼筋和混凝土用量可降低約30%，綜合費用可節(jié)約15%，平基方量大大減少，基本不破壞塔位原地形，有效的減少對環(huán)境的影響，施工不受斜插式角鋼加工周期的制約、施工工藝易控制，能有效縮短建設(shè)周期，社會及經(jīng)濟效益顯著。

[1]謝斌.等截面斜柱基礎(chǔ)在送電線路工程中的應(yīng)用[J].紅水河，2008，27(2).

[2]DL/T5219-2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S]，

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]張殿生.電力工程高壓送點線路設(shè)計手冊[k].第2版，北京：中國電力出版社，2003.

[5]劉宏濱，李敏生，房向日，何天勝.超高壓送電線路等截面斜柱板式基礎(chǔ)承載力試驗研究[J].電力建設(shè)，2009，(10).

[6]郭金根，劉宏濱.送電線路等截面斜柱基礎(chǔ)的設(shè)計及應(yīng)用[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2009，(7).