鄭晏超 索亮 馬東

【摘要】 針對(duì)巴基斯坦某直流輸電線(xiàn)路鹽漬土沙漠和非鹽漬土沙漠地質(zhì)條件下的桿塔基礎(chǔ)選型方案進(jìn)行研究，依據(jù)基礎(chǔ)選型的原則和要求，結(jié)合基礎(chǔ)型式和作用力特點(diǎn)，選出適用的基礎(chǔ)方案，力求達(dá)到降低工程造價(jià)、減少勞動(dòng)力消耗、縮短工期和環(huán)境保護(hù)的目的。

【關(guān)鍵詞】 輸電線(xiàn)路 基礎(chǔ)選型 經(jīng)濟(jì)性 沙漠 鹽漬土

引言

桿塔基礎(chǔ)作為輸電線(xiàn)路工程重要組成部分，其方案選擇是否合理不僅直接關(guān)系到工程投資，而且對(duì)環(huán)境保護(hù)及線(xiàn)路的安全運(yùn)行和維護(hù)也至關(guān)重要。本文針對(duì)巴基斯坦某±660kV直流輸電線(xiàn)路典型沙漠地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)選型方案進(jìn)行研究，力求達(dá)到降低工程造價(jià)、減少勞動(dòng)力消耗、縮短工期和環(huán)境保護(hù)的目的。

一、工程設(shè)計(jì)條件

本工程為擬建于巴基斯坦東部默蒂亞里和拉合爾之間的一條直流輸電走廊，全長(zhǎng)870km，全線(xiàn)以平地為主，中間約2/3的線(xiàn)路穿越印度河下游的塔爾沙漠（Thar Desert），地形起伏較小，高程在25～100m之間。沙漠段地基土主要為粉細(xì)砂，狀態(tài)松散～中密，地基承載力100～150kPa。

與國(guó)內(nèi)輸電線(xiàn)路常見(jiàn)沙漠地質(zhì)不同的是，該線(xiàn)路沙漠地段地基土有其特有的土層地質(zhì)，表現(xiàn)為：固定、半固定沙丘并存，有、無(wú)地下水并存，以及地表含、不含鹽漬土并存。本文以此作為開(kāi)展基礎(chǔ)選型研究的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。

二、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、本線(xiàn)路送電距離長(zhǎng)、跨越區(qū)域廣、沿途地形地質(zhì)條件復(fù)雜、地基土物理力學(xué)性質(zhì)差異性大。

2、本工程桿塔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（ASCE74），受美標(biāo)安全系數(shù)的影響，計(jì)算的基礎(chǔ)作用力較國(guó)內(nèi)通常要高約50%，本工程通過(guò)采用實(shí)際高度計(jì)算桿塔對(duì)應(yīng)的風(fēng)荷載，并對(duì)塔頭間隙和節(jié)間布置進(jìn)行優(yōu)化，使基礎(chǔ)作用力降低約17%～25%。具體值見(jiàn)表2。

3、除所受荷載特征外，本工程在開(kāi)展基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐慕煌顩r、施工條件、環(huán)保和投資要求等。三、基礎(chǔ)選型依據(jù)和原則

3.1設(shè)計(jì)規(guī)范的選用

在輸電線(xiàn)路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面，中國(guó)和美國(guó)都編有相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計(jì)導(dǎo)則[1-4]。文獻(xiàn)[5、6]對(duì)此作了對(duì)比研究，兩者都是基于可靠度的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式上，均采用了多系數(shù)形式。

中國(guó)規(guī)范承載能力極限狀態(tài)表達(dá)式：0SRγ≤；

美國(guó)規(guī)范強(qiáng)度設(shè)計(jì)表達(dá)式：Uφ≤×名義強(qiáng)度義強(qiáng)度。

根據(jù)筆者多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和已運(yùn)行的超高壓工程來(lái)看，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論完全可以采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用可靠度指標(biāo)度量基礎(chǔ)與地基的可靠度，在規(guī)定的各種荷載組合作用下或各種變形的限值條件下，滿(mǎn)足線(xiàn)路安全運(yùn)行的要求，因此按中國(guó)或是美國(guó)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)均可滿(mǎn)足基礎(chǔ)安全的要求。

3.2基礎(chǔ)方案選擇的原則

在選擇基礎(chǔ)方案時(shí)主要遵循以下原則和要求：

（1）應(yīng)結(jié)合工程的地形、地質(zhì)特點(diǎn)及運(yùn)輸條件，綜合分析比較，選擇適宜的基礎(chǔ)型式；

（2）在安全、可靠的前提下，應(yīng)力求經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，盡可能因地制宜采用原狀土基礎(chǔ)，減少施工對(duì)環(huán)境的破壞；

（3）應(yīng)充分發(fā)揮每種基礎(chǔ)型式的特點(diǎn)，針對(duì)不同的地形、地質(zhì)，選擇不同的基礎(chǔ)型式。

（4）應(yīng)注重施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性。

四、鹽漬土沙漠地區(qū)的基礎(chǔ)選型

經(jīng)實(shí)地勘察，本線(xiàn)路鹽漬土沙漠地區(qū)地下水埋深在1～4米，由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)及毛細(xì)作用，鹽分向地表聚集并最終形成了一層1～4米不等的鹽漬土層。對(duì)于該地區(qū)的基礎(chǔ)選型，除了要考慮沙土自身的特性外，還需考慮鹽漬土地基特有的工程特性，如溶陷性、鹽脹性和腐蝕性等[7]。經(jīng)調(diào)查和取樣分析，其工程特性如下：

（1）含鹽量

以硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土為主，分布厚度0～4m內(nèi)平均含鹽量0.78%～12.62%，為中～超鹽漬土。

（2）溶陷性

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得出該地區(qū)地基土的溶陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)（弱）～Ⅱ級(jí)（中）溶陷性。

（3）鹽脹性

沿線(xiàn)易溶鹽分析結(jié)果表明，地基土中硫酸鈉含量在0.25%～0.56%，試驗(yàn)測(cè)得鹽脹系數(shù)在0.33%～1.57%，即不具鹽脹性或僅具弱鹽脹性。根據(jù)規(guī)范，環(huán)境溫度不大時(shí)（如埋深大于2.0m的基礎(chǔ)），可不考慮鹽脹性影響?？紤]到本工程桿塔基礎(chǔ)的埋深普遍不低于3.8m，因此可不考慮鹽脹性對(duì)基礎(chǔ)的影響。

（4）腐蝕性

根據(jù)對(duì)土樣化學(xué)分析的結(jié)果，按我國(guó)《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行評(píng)價(jià)，本工程地下水較淺的沙漠地區(qū)鹽漬土對(duì)鋼筋混凝土具有弱～強(qiáng)腐蝕性。

（5）地基承載力

鹽漬土地區(qū)地基承載力需考慮易溶鹽溶解產(chǎn)生沉陷的影響，本工程由于大部分基礎(chǔ)埋深大于鹽漬土土層厚度，地基承載力受鹽漬土影響較弱；對(duì)于埋深較淺的基礎(chǔ)，經(jīng)測(cè)驗(yàn)，在考慮一定安全儲(chǔ)備的前提下鹽漬土地區(qū)地基承載力取100～110kPa可滿(mǎn)足要求。

基于上述研究，本區(qū)段適合的基礎(chǔ)選型方案為：在固定沙丘鹽漬土沙漠地區(qū)的塔位采用斜柱大板基礎(chǔ)型式；在半固定、沙丘地質(zhì)的塔位[8]，考慮砂土的坍塌和移動(dòng)性，采用剛性臺(tái)階式基礎(chǔ)型式更加安全、可靠。當(dāng)基礎(chǔ)位于鹽漬土地基上時(shí)，不論采用上述哪種基礎(chǔ)方案，均應(yīng)采取措施對(duì)其進(jìn)行地基處理。

常用的處理方法有浸水預(yù)溶法、強(qiáng)夯法、浸水預(yù)溶+強(qiáng)夯法、換土墊層法以及碎石樁法等，結(jié)合本工程實(shí)際特點(diǎn)和施工的經(jīng)濟(jì)可行性，換土墊層法是較適合的處理辦法，選取一定的角礫、碎石等和外運(yùn)骨料按7：3混合進(jìn)行級(jí)配改良，然后分層回填壓實(shí)。

除此之外，本工程基礎(chǔ)還應(yīng)考慮混凝土摻加防腐劑、表面涂刷防腐涂料等防腐措施。

五、非鹽漬土沙漠地區(qū)的基礎(chǔ)選型

本工程地下水較深、地表不含鹽漬土的沙漠地區(qū)，除上文提到的斜柱大板基礎(chǔ)以及剛性臺(tái)階式基礎(chǔ)型式外，由于不需再考慮鹽漬土腐蝕性的影響，預(yù)制裝配式基礎(chǔ)也是一種較適合的基礎(chǔ)型式。

本線(xiàn)路沙漠覆蓋范圍較廣，部分塔位沿線(xiàn)混凝土骨料及水資源稀缺，且運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有條件對(duì)現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量影響較大。未避免浪費(fèi)大量的人力、物力，建議該地段作用力不大的直線(xiàn)塔采用裝配式基礎(chǔ)型式。該類(lèi)基礎(chǔ)型式[9]較普通開(kāi)挖類(lèi)基礎(chǔ)造價(jià)更省，且在縮減工期和提高施工質(zhì)量上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

本工程選取常用的支架偏心、底面板條方向與線(xiàn)路方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度擺放的四腳支架預(yù)制裝配式基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的普通斜柱板式基礎(chǔ)作為典型基礎(chǔ)，采用ZP1型塔基礎(chǔ)作用力，分別對(duì)其進(jìn)行計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 預(yù)制裝配式基礎(chǔ)與斜柱板式基礎(chǔ)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

2、裝配式基礎(chǔ)材料費(fèi)含預(yù)制加工費(fèi)。

由上表可知，在沿線(xiàn)骨料和水資源稀缺的無(wú)腐蝕性鹽漬土沙漠地段，雖然采用裝配式基礎(chǔ)材料費(fèi)要高于現(xiàn)澆斜柱板式基礎(chǔ)，但因其在施工安裝費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)上較斜柱板式基礎(chǔ)降低較多，因此總費(fèi)用仍比斜柱板式基礎(chǔ)降低約20%。

考慮到轉(zhuǎn)角塔其在輸電線(xiàn)路中數(shù)量相對(duì)較少但卻更加的重要，受長(zhǎng)期荷載作用時(shí)，對(duì)裝配式基礎(chǔ)及其支架的變形影響較大，因此從保證線(xiàn)路安全的角度，不建議該地段轉(zhuǎn)角塔使用裝配式基礎(chǔ)。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文針對(duì)巴基斯坦鹽漬土沙漠和非鹽漬土沙漠地區(qū)基礎(chǔ)選型的研究，得出在鹽漬土沙漠地區(qū)固定沙丘地質(zhì)的塔位宜采用斜柱大板基礎(chǔ)，半固定沙丘地質(zhì)的塔位宜采用剛性臺(tái)階式基礎(chǔ)，兩種方案均需對(duì)地基土采取換土墊層法進(jìn)行處理；對(duì)于地下水位較深且無(wú)鹽漬土的沙漠地區(qū)，從經(jīng)濟(jì)性和施工便利性?xún)煞矫婵紤]，預(yù)制裝配式基礎(chǔ)是一種較適合的基礎(chǔ)型式。

通過(guò)合理的基礎(chǔ)選型，可以有效降低工程造價(jià)，減少勞動(dòng)力消耗，縮短工期，減少當(dāng)?shù)丨h(huán)境破壞。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] DL/T 5219-2014，架空輸電線(xiàn)路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

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[4] IEEE Std 691：IEEE Guide for Transmission Structure Foundation Design and Testing [S].

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