方月舵，鄭衛(wèi)鋒，葉 超，王 磊

(1.安徽宏源電力建設(shè)投資有限公司，安徽 合肥 231202；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 1001922；3.中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230601；4.國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022)

輸電線路巖石嵌固基礎(chǔ)選型及施工技術(shù)研究

方月舵1，鄭衛(wèi)鋒2，葉 超3，王 磊4

(1.安徽宏源電力建設(shè)投資有限公司，安徽 合肥 231202；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 1001922；3.中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230601；4.國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022)

隨著輸電線路桿塔荷載等級的提高，山區(qū)巖石嵌固基礎(chǔ)型式從淺埋無配筋壇子型逐漸向有配筋壇子型、直柱擴(kuò)底掏挖型轉(zhuǎn)變，提出了三種不同型式巖石嵌固基礎(chǔ)的適用范圍。針對典型強(qiáng)風(fēng)化軟巖地質(zhì)，開展了不同埋深巖石嵌固基礎(chǔ)的現(xiàn)場真型試驗(yàn)，從材料本體用量與施工便利性角度探討了其經(jīng)濟(jì)性。立足設(shè)計(jì)角度，提出了巖石嵌固基礎(chǔ)基坑開挖盡量采用人工開挖與風(fēng)鎬掏挖相結(jié)合，原則上不用松動爆破，在巖石強(qiáng)度與交通條件允許時(shí)可選用旋挖鉆機(jī)；施工時(shí)基坑坑壁不必特意保持光滑，但坑低擴(kuò)頭直徑與高度應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行。

輸電線路；巖石嵌固基礎(chǔ)；壇子型；掏挖性；直柱型。

1 概述

隨著特高壓工程快速建設(shè)，輸電線路基礎(chǔ)承受的桿塔荷載越來越大，同時(shí)沿線山地地形占比越來越多。以往多采用埋深淺的大開挖基礎(chǔ)，依靠自身重量抵抗上部桿塔荷載，其環(huán)保性差且施工材料運(yùn)輸相當(dāng)困難。大荷載條件下，巖石基礎(chǔ)可有效利用巖石結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度，減少土石方開挖量，是一種經(jīng)濟(jì)性好的環(huán)?；A(chǔ)型式。

巖石基礎(chǔ)包括巖石錨桿基礎(chǔ)與巖石嵌固基礎(chǔ)。在特高壓工程中遇到強(qiáng)度高硬巖或微風(fēng)化軟巖，選用承臺嵌入式的巖石錨桿群錨基礎(chǔ)；在全風(fēng)化硬巖或強(qiáng)風(fēng)化～中等風(fēng)化軟巖時(shí)，可采用巖石嵌固基礎(chǔ)，條件允許時(shí)，巖石嵌固基礎(chǔ)可采用旋挖鉆施工，施工尺寸應(yīng)滿足輸電線路全過程機(jī)械化施工研發(fā)的旋挖鉆機(jī)機(jī)具性能。

目前，大荷載條件下的巖石嵌固基礎(chǔ)的選型、施工方法尚無統(tǒng)一的定義與模式，為此針對山區(qū)巖石嵌固基礎(chǔ)，從基礎(chǔ)型式、經(jīng)濟(jì)性及施工角度進(jìn)行研究，為其在特高壓工程中應(yīng)用提供參考。

2 定義與類型

規(guī)程規(guī)定，巖石嵌固基礎(chǔ)是自利用機(jī)械或人工在巖石地基中直接鉆或挖成所需的基坑，將鋼筋骨架和混凝土直接澆筑于巖石基坑內(nèi)而成的巖石基礎(chǔ)。

以往低電壓等級時(shí)，巖石嵌固基礎(chǔ)主要適用于強(qiáng)風(fēng)化巖石條件，將地腳螺栓直接澆筑于坡度1/6～1/8的混凝土墩內(nèi)，埋深較淺、承載力較低，一般適用于220kV及其以下自立式桿塔基礎(chǔ)，見圖1(a)，在哈密－山北220kV雙回路輸電線路、潮湖－大峰110kV送電線路工程中等到應(yīng)用。

隨著電壓等級提高，基坑加深，需配置鋼筋籠，可有效提高其承載力，一般適用于750kV、500kV的輸電線路工程中，見圖1(b)，在750kV永登－白銀雙回輸電線路工程中采用了93基。

在特高壓工程中，為滿足大荷載的要求，基坑側(cè)壁若仍按1/6～1/8坡度開挖，施工將更加困難，因此在基礎(chǔ)上部截面為圓形，底部進(jìn)行擴(kuò)頭，如同土體內(nèi)的掏挖基礎(chǔ)型式相同，立柱部分配筋、底部擴(kuò)頭部分不配筋，見圖1(c)，亦稱為“Y型巖石嵌固基礎(chǔ)”。

圖1 巖石嵌固基礎(chǔ)類型

3 經(jīng)濟(jì)性研究

在某強(qiáng)風(fēng)化－中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地質(zhì)條件，開展了直柱型巖石基礎(chǔ)、壇子型巖石基礎(chǔ)、掏挖型巖石基礎(chǔ)的現(xiàn)場真型試驗(yàn)，見圖2。相同埋深時(shí)，壇子型基礎(chǔ)與掏挖型基礎(chǔ)的上部直徑、下底直徑相同，直柱型基礎(chǔ)的立柱直徑與壇子型基礎(chǔ)底部直徑、掏挖型基礎(chǔ)擴(kuò)底直徑相同。

表1為現(xiàn)場試驗(yàn)巖石基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)尺寸表，圖3為不同類型巖石基礎(chǔ)的承載力規(guī)律曲線。圖3(a)為不同埋深、不同基礎(chǔ)型式的極限上拔承載力規(guī)律圖。從圖中可以得出，相同深度條件下直柱型基礎(chǔ)的承載力最強(qiáng)，壇子型與掏挖型的上拔承載力基本相同。

圖3(b)為單位混凝土的承載性能關(guān)系曲線，即將極限承載力除以基礎(chǔ)混凝土體積所得的值。埋深較淺時(shí)，單位混凝土的承載能力方面，壇子型與直柱型基本相同，壇子型總略高于直柱型；而掏挖型表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，特別是埋深越深，其優(yōu)勢越明顯。

圖2 現(xiàn)場試驗(yàn)的巖石基礎(chǔ)型式

表1 現(xiàn)場試驗(yàn)的巖石基礎(chǔ)尺寸

圖3 不同類型巖石基礎(chǔ)的承載力規(guī)律

綜上所述，埋深相同的壇子型與掏挖型巖石嵌固基礎(chǔ)的極限上拔承載力基本相同，但掏挖型基礎(chǔ)的本體混凝土量較小，因此其單位體積混凝土能提供的承載性能要明顯高于壇子型，基礎(chǔ)越深現(xiàn)象越顯著。因此，低電壓等級時(shí)淺埋深條件下(埋深不大于2 m)，壇子型基礎(chǔ)不需要配筋，可考慮采用；但高電壓等級埋深較深時(shí)(埋深超過5 m)，應(yīng)采用掏挖型巖石嵌固基礎(chǔ)。

4 施工技術(shù)

巖石嵌固基礎(chǔ)基本在塔腿小基面上就地開挖，通過鐵塔長短腿和調(diào)節(jié)主柱高度使塔腳平面保持水平，相比于大開挖基礎(chǔ)減少了開挖量和運(yùn)輸量，其挖方棄渣量亦顯著減小。在混凝土澆筑時(shí)，巖石嵌固基礎(chǔ)不用模板和二次回填，同時(shí)混凝土可直接與坑壁結(jié)合，增加了與周圍巖體的粘合力。因此，采用巖石嵌固基礎(chǔ)在技術(shù)上安全可靠，在經(jīng)濟(jì)上降低造價(jià)，在環(huán)保上減少了棄渣排放，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保型的基礎(chǔ)型式。

為保證巖石嵌固基礎(chǔ)與周圍巖體間的粘合力，在基坑開挖方式與施工質(zhì)量控制方面要加以重視。

4.1 基坑開挖方式

基坑可采用人工開鑿和機(jī)械開挖，原則上盡量少用炸藥爆破。

人工開鑿，主要使用十字鎬、鐵鍬、鋼釬、鉆子、榔頭，打一層清一層；人工開鑿速度慢，成本高，如在750kV永登－白銀雙回輸電線路工程中的巖石嵌固試驗(yàn)基礎(chǔ)開挖時(shí)，埋深3 m、混凝土量3.4 m3的基坑通過人工開鑿開挖了15 d，效率低。

風(fēng)鎬掏挖，用空壓機(jī)帶動風(fēng)鎬，通過尖狀鉆頭進(jìn)行打擊，若遇到風(fēng)鎬難以挖動的巖石，建議增加空壓機(jī)功率與數(shù)量提高其適用性。

松動爆破，必要時(shí)采用少量炸藥放小炮進(jìn)行松動，其效果是打悶炮，使其底部巖石松動，再用人工清理；松動爆破的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)度快、成本較低，缺點(diǎn)是存在安全風(fēng)險(xiǎn)。目前在客觀現(xiàn)實(shí)中存在炸藥難以購買、放炮量往往偏大導(dǎo)則坑壁松動等情況，因此在基坑開挖時(shí)應(yīng)盡量避免放炮。

人工開挖基坑過程的安全性需要高度重視，對表層風(fēng)化嚴(yán)重的巖石基礎(chǔ)應(yīng)在坑壁處設(shè)置護(hù)壁。針對人工開鑿效率低下，目前結(jié)合全過程機(jī)械化施工建設(shè)體系，國家電網(wǎng)公司研發(fā)的旋挖鉆機(jī)具備鉆進(jìn)巖石能力，有效提高了巖石基坑開挖效率、降低了人工開挖安全隱患。對于掏挖型巖石嵌固基礎(chǔ)，在巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度不大于10 MPa時(shí)且交通便利時(shí)，建議優(yōu)先選用履帶式旋挖鉆機(jī)機(jī)械進(jìn)行基坑開挖，基底擴(kuò)底直徑不應(yīng)大于1.5倍立柱直徑。

4.2 施工質(zhì)量要求

巖石嵌固基礎(chǔ)對施工質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，特別是在基坑掏挖成孔的過程中，必須保證不破壞巖體結(jié)構(gòu)的整體性，保持孔壁及周圍巖體的地質(zhì)原狀，以達(dá)到充分利用周圍巖體的力學(xué)性質(zhì)，確?；A(chǔ)的上拔穩(wěn)定。

不論人工開鑿、風(fēng)鎬開挖或送到爆破，嚴(yán)格保護(hù)基坑的坑壁，不需要修鑿坑壁至光滑狀態(tài)，亦不允許任意擴(kuò)大坑壁寬度。開挖至基底時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行開挖，特別是掏挖型巖石嵌固基礎(chǔ)，要保證底部擴(kuò)底尺寸與擴(kuò)底高度，以保證擴(kuò)頭有足夠的抗沖切強(qiáng)度，擴(kuò)頭尺寸不允許超挖。

基坑混凝土一定要澆筑成型，特別是坑口部位要進(jìn)行防風(fēng)化處理。塔基要因勢設(shè)置排水溝與散水坡，做好基面排水，阻止雨水滲入基坑破壞其穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

(1)巖石嵌固基礎(chǔ)適用于在全風(fēng)化硬巖或強(qiáng)風(fēng)化－中等風(fēng)化軟巖，包括不配筋的淺埋壇子型、配筋的壇子型、掏挖型等3種類型。

(2)根據(jù)巖石基坑開挖形狀的難易程度，綜合經(jīng)濟(jì)性，埋深小于2 m時(shí)采用壇子型巖石嵌固基礎(chǔ)，埋深在2～5 m時(shí)采用配筋壇子型或掏挖型巖石嵌固基礎(chǔ)，埋深超過5 m后采用掏挖型巖石基礎(chǔ)。

(3)巖石嵌固基礎(chǔ)的基坑開挖推薦采用人工開鑿與風(fēng)鎬掏挖，交通允許時(shí)可選用旋挖鉆機(jī)，原則上不選用松動爆破。

(4)巖石嵌固基礎(chǔ)的基坑開挖坑壁不必保持光滑，基坑擴(kuò)頭直徑與高度嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行。塔基做好防風(fēng)化處理與排水方案。

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Type Selection and Construction Technology of Rock Embedded Foundation in Transmission Line

FANG Yue-duo1,ZHENG Wei-feng2,YE Chao3,WANG Lei4
(1. Anhui Hongyuan Electric Power Construction Inverstment Co.,Ltd. Hefei 231202,China;2. China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China;3. Ahhui Electric Power Design Institute of China Energy Engineering Group,Hefei 230601,China;4. State Grid Anhui Electric Power Company,Hefei 230022,China.)

With the increase of tower load in transmission line,the three different types of rock embeded foundation are put forward,including shallow jar shape with no main reinforcement bar,deep jar shape with main reinforcement bar and extra-deep digged shape. The scope of application to rock embeded foundation is concluded. In view of the typical strong weathered soft rock geology,the field tests of different deep rock embeded foundation have been finished. Based on the material body content and construction convenience,the economical efficiency of rock embeded foundation is discussed. Considering rock embeded foundation bearing capacity from design,the foundation pit should be hand-excavated,combining with the hammer.In principle the loose blasting are not allowed. Rotary drilling rig can be selected to rock strength and traffic conditions permitting. The foundation pit do not have to deliberately maintain smooth,but the pit expanding bottom diameter and height should be carried out stricly accordance with the design.The research concludtion will be valuable for the widely application of rock embeded foundation in transmission line engineering.

transmission line; rock embedded foundation; type selection; jar type; excavated type; straight column type.

TU4

B

1671-9913(2017)05-0010-04

2016-05-31

方月舵(1966- )，男，安徽淮南人，工程師，主要從事輸電線路施工技術(shù)管理工作。

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(GCB17201400135)