佟　年

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安　710065)

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基于線路設(shè)計(jì)軟件計(jì)算的掏挖基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定的討論

佟年

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安710065)

摘要：針對(duì)架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定新舊規(guī)范中“剪切法”計(jì)算模型的差異化導(dǎo)致掏挖基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸大小不一的問(wèn)題，從計(jì)算模型與各線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用的角度，討論了采用“剪切法”不同計(jì)算模型對(duì)上拔極限承載力的影響，最后通過(guò)掏挖基礎(chǔ)在各設(shè)計(jì)軟件中的計(jì)算結(jié)果比對(duì)得到：以新規(guī)DL/T5219—2014“剪切法”計(jì)算模型為核心的D-software設(shè)計(jì)結(jié)果可靠度較高、經(jīng)濟(jì)性較好。

關(guān)鍵詞：輸電線路；掏挖基礎(chǔ)；上拔穩(wěn)定；極限承載力；計(jì)算模型

1相關(guān)概念

抗拔穩(wěn)定計(jì)算是輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，通常采用“土重法”或“剪切法”計(jì)算?！巴林胤ā敝饕獞?yīng)用于大開(kāi)挖類基礎(chǔ)的上拔穩(wěn)定計(jì)算，“剪切法”主要應(yīng)用于掏挖基礎(chǔ)的上拔穩(wěn)定計(jì)算?！吧习谓恰笔恰巴林胤ā庇?jì)算抗拔承載力的核心，“無(wú)因次數(shù)”是“剪切法”計(jì)算抗拔承載力的核心。

2掏挖基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中主要問(wèn)題分析

DL/T 5219—2005《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》[1](以下簡(jiǎn)稱“舊技規(guī)”)中提到“剪切法”主要采用無(wú)因次數(shù)曲線進(jìn)行計(jì)算，而條文說(shuō)明中同時(shí)給出了“剪切法”的理論計(jì)算模型，在DL/T 5219—2014[2](以下簡(jiǎn)稱“新技規(guī)”)中，“剪切法”主要采用新理論計(jì)算模型。目前由于各線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件“剪切法”計(jì)算模型的差異化導(dǎo)致了掏挖基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸大小不一，表1給出了各線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件“剪切法”的主要計(jì)算模型。

表1　各線路設(shè)計(jì)軟件“剪切法”的計(jì)算模型表

(1) 計(jì)算模型1中，掏挖基礎(chǔ)抗拔承載力主要是通過(guò)無(wú)因次數(shù)A1、A2隨深寬比H/D和內(nèi)摩擦角φ變化的曲線來(lái)確定。當(dāng)內(nèi)摩擦角φ≥20°時(shí)，曲線中未給出無(wú)因次數(shù)A1、A2的取值，但可根據(jù)A1曲線變化趨勢(shì)判斷A1取值將趨向于0。

(2) 計(jì)算模型2[3-5]中，“舊技規(guī)”[1]條文說(shuō)明第6.2條中給出了“剪切法”通用原型計(jì)算公式，該公式為一個(gè)多項(xiàng)式，未給出無(wú)因次數(shù)A1、A2具體表達(dá)式。根據(jù)文獻(xiàn)[3]可知，該原型公式可通過(guò)“歸一化”處理得到對(duì)應(yīng)于“舊技規(guī)”中“剪切法”的計(jì)算參數(shù)A1、A2的公式，當(dāng)H/D一定時(shí)，A1隨φ增大而增大，與“舊技規(guī)”中的A1曲線變化趨勢(shì)相反。當(dāng)φ≥20°時(shí)，A2理論值與查圖值存在很大差異，A2理論值大于查圖值。由“歸一化”處理的A1、A2計(jì)算得到的抗拔剪切阻力理論值大于查圖計(jì)算值，見(jiàn)圖1。文獻(xiàn)[3]最終通過(guò)試驗(yàn)值與理論值的對(duì)比得到，采用計(jì)算模型2得到的上拔極限承載力與試驗(yàn)值具有較好的吻合性。

圖1　計(jì)算模型1與計(jì)算模型2結(jié)果對(duì)比情況圖

(3) 計(jì)算模型3中，抗拔承載力由基礎(chǔ)混凝土自重、滑動(dòng)面上剪切阻力的垂直分量及抗拔土體圓弧滑動(dòng)面內(nèi)抗拔土體重量3部分組成，而在“舊技規(guī)”中基礎(chǔ)抗拔承載力僅由混凝土自重及滑動(dòng)面上剪切阻力的垂直分量2部分組成。同時(shí)，“新技規(guī)”引入了與圓弧滑動(dòng)面內(nèi)土體自重有關(guān)的無(wú)因次數(shù)A3。

3不同設(shè)計(jì)條件下各計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)比

3.1不同計(jì)算模型極限上拔承載力的計(jì)算結(jié)果對(duì)比

設(shè)定設(shè)計(jì)計(jì)算條件1：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸和上拔力設(shè)計(jì)值相同(見(jiàn)表2)，比較在內(nèi)摩擦角不同情況下，不同計(jì)算模型的極限上拔承載力之間的相對(duì)關(guān)系。

表2　設(shè)計(jì)計(jì)算條件1表

以某工程110 kV雙回路直線塔型為例，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載和除內(nèi)摩擦角以外其他地質(zhì)參數(shù)相同的情況下，分別用S-software、B-software和D-software按設(shè)計(jì)條件1進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表3。

表3　各線路設(shè)計(jì)軟件上拔穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

通過(guò)表3數(shù)據(jù)可以看出：隨著內(nèi)摩擦角的增大，S-software極限上拔承載力呈現(xiàn)先遞減再增加的趨勢(shì)，B-software極限上拔承載力呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，且當(dāng)內(nèi)摩擦角一定情況下，B-software極限上拔承載力計(jì)算值大于S-software極限上拔承載力計(jì)算值，相對(duì)百分比在13%～53%之間。這些變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[2]中查圖值和理論值的變化趨勢(shì)趨于一致，由此說(shuō)明采用計(jì)算模型2的B-software計(jì)算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

D-software和B-software極限上拔承載力計(jì)算值均與內(nèi)摩擦角呈正相關(guān)性變化，且當(dāng)內(nèi)摩擦角一定時(shí)，D-software極限上拔承載力計(jì)算值較S-software極限上拔承載力計(jì)算值降低9%左右，這體現(xiàn)出 “新技規(guī)”中新增加的無(wú)因次數(shù)A3對(duì)于極限上拔承載力的影響，該參數(shù)考慮了圓弧滑動(dòng)面內(nèi)土體自重對(duì)剪切阻力的影響，抗拔承載力計(jì)算值較“舊技規(guī)”值略有降低，保證了工程設(shè)計(jì)的可靠性。

3.2各設(shè)計(jì)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸及其經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

設(shè)定設(shè)計(jì)計(jì)算條件2：內(nèi)摩擦角、上拔力設(shè)計(jì)值相同(見(jiàn)表4)，比較不同計(jì)算模型計(jì)算出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸及其經(jīng)濟(jì)性。

表4　設(shè)計(jì)計(jì)算條件2表

在地質(zhì)參數(shù)取值及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載相同的條件下，用各線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件對(duì)某工程的220 kV直線塔進(jìn)行掏挖基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中保證設(shè)計(jì)裕度值在1%左右，計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表5。

表5　各線路設(shè)計(jì)軟件上拔穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

縱向?qū)Ρ仍O(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果可以看出，S-software設(shè)計(jì)出的掏挖基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸偏于保守，混凝土用量及鋼筋用量偏高，這說(shuō)明采用計(jì)算模型1設(shè)計(jì)掏挖基礎(chǔ)時(shí)，將導(dǎo)致掏挖基礎(chǔ)的材料浪費(fèi)及綜合造價(jià)偏高。對(duì)比B-software和D-software的設(shè)計(jì)結(jié)果，二者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸上相當(dāng)，由于采用計(jì)算模型3設(shè)計(jì)掏挖基礎(chǔ)時(shí)，抗拔承載力較計(jì)算模型2降低9%左右，導(dǎo)致D-software較B-software混凝土方量略有增加，但從經(jīng)濟(jì)性的角度看，二者的綜合造價(jià)相差不大。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)應(yīng)用比較廣泛的鐵塔掏挖基礎(chǔ)，本文通過(guò)采用“剪切法”的不同計(jì)算模型的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算，可得到以下結(jié)論：

(1) 計(jì)算模型1在計(jì)算抗拔承載力時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏大，而采用計(jì)算模型2時(shí)，其計(jì)算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，在設(shè)計(jì)條件相同的情況下，由于計(jì)算模型3考慮了圓弧滑動(dòng)面內(nèi)土體自重對(duì)土體剪切阻力的影響，抗拔承載力計(jì)算值較計(jì)算模型2降低9%左右。

(2) 采用計(jì)算模型1進(jìn)行掏挖基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守，綜合造價(jià)偏高。采用計(jì)算模型3與計(jì)算模型2相比，掏挖基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸相當(dāng)，混凝土方量稍有增加，綜合造價(jià)相差不大，更好地兼顧了工程設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性。

參考文獻(xiàn):

[1]DL/T5219-2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

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Study on Stability Against Uplift on Excavated Foundation Calculated by Software of Transmission Line Design

TONG Nian

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065,China)

Abstract:The difference of the calculation model of Shear Method specified in both original and revised specification for foundation design of the overhead transmission line results in different design size of the excavated foundation structure. In terms of calculation model and application of the foundation design software, influences on the ultimate uplift bearing capacity by the different calculation models of the Shear Method are studied in the paper. Through comparison of the calculations of the excavated foundation in various design software, it demonstrates that the design by D-software with the calculation model of the Shear Method specified in the revised specification DL/T5219-2014 is high in reliability and better in economy.

Key words:transmission line; excavation foundation; stability against uplift; ultimate bearing capacity; calculation model

中圖分類號(hào)：TM753

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.019

作者簡(jiǎn)介：佟年(1987- )，男，吉林省四平市人，助理工程師，從事輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究工作.

收稿日期：2015-12-20

文章編號(hào)：1006—2610(2016)02—0070—03