孫啟剛，趙 勇，劉利鵬，宋卓彥，何春暉，伊 敏

（1．國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南250000；2．國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南250000；3．國網(wǎng)山東省電力公司建設(shè)公司，山東 濟(jì)南250000）

0 引言

回填土基礎(chǔ)是輸電塔最常見的基礎(chǔ)形式，其主要通過一定上拔角范圍內(nèi)的土體重量抵抗其所受到的上拔力。因此土體的上拔角對(duì)于回填土基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)影響很大。

表1示出了典型220kV轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)按照粉土和粉質(zhì)粘土計(jì)算所得基礎(chǔ)的材料量。

由表1可以看出，相同的計(jì)算露頭和地下水情況下，按照粉土計(jì)算基礎(chǔ)材料量較按照粉質(zhì)粘土計(jì)算材料量增加20%～80%不等。事實(shí)上，按照大量工程的工程經(jīng)驗(yàn)，粉土地質(zhì)條件基礎(chǔ)綜合材料量較粉質(zhì)粘土情況增加30%左右。

但是輸電線路中常見地層結(jié)構(gòu)為表層覆蓋較薄的素填土或者粉土等上拔角較小的土壤，下層為砂土或者粉質(zhì)粘土等上拔角較大的土壤。在設(shè)計(jì)回填土基礎(chǔ)時(shí)，對(duì)該種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的處理方式?jīng)]有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算依據(jù)，常常因設(shè)計(jì)人的工程經(jīng)驗(yàn)而異，造成工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不合理。因此，確定一種科學(xué)合理的并且利于工程上應(yīng)用的對(duì)該種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡化處理方式對(duì)于線路基礎(chǔ)工程具有重要的實(shí)際意義。

表1 基礎(chǔ)計(jì)算材料量

1 回填土基礎(chǔ)上拔計(jì)算分析

1.1 單層地質(zhì)結(jié)構(gòu)

對(duì)于單層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的情況，基礎(chǔ)上拔土體范圍內(nèi)的土體上拔角相同（均為β），基礎(chǔ)主要依靠本身重量和上拔角范圍內(nèi)土體（體積為V）重量，抵抗所承受的上拔力（如圖1所示）。

通常情況下，基礎(chǔ)混凝土的自身重量約抵抗基礎(chǔ)上拔荷載的1／3左右，其余2／3的基礎(chǔ)上拔荷載將由上拔角度范圍內(nèi)的土體重量承擔(dān)。

圖1 單層土體基礎(chǔ)上拔受力示意圖

1.2 雙層土體基礎(chǔ)上拔受力分析

當(dāng)上拔土體范圍內(nèi)的地質(zhì)分兩層時(shí)，如圖2所示。假設(shè)下層較優(yōu)土體的上拔角為β1，體積為V1，重度為γ1；上層較差土體的上拔角為β2，體積為V2，重度為γ2。則要求得計(jì)算有效深度的調(diào)整值可按下式計(jì)算：

式中：

式中：B2上為上層土體棱臺(tái)上部寬度；B2下為上層土體棱臺(tái)下部寬度；B′2上為等效上層土體棱臺(tái)上部寬度。

根據(jù)幾何關(guān)系可得：

將以上公式（1）～（6）聯(lián)立，可得到：

圖2 回填土基礎(chǔ)雙層地質(zhì)上拔示意圖

2 算例分析

根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范[1]，粉質(zhì)粘土、粉土和素填土的上拔角和重度如表2所示。由表2可以看出粉土和素填土的重度與粉質(zhì)粘土相差不大，但是其上拔角較粉質(zhì)粘土大幅減小。

表2 常見地質(zhì)類型土重度和上拔角

將上表數(shù)據(jù)帶入式（7）、（8），可以得到關(guān)于等效埋深H′的三次函數(shù)，該函數(shù)手算求解困難。但是借助電子表格excel合理設(shè)置中間變量，采用其自帶的“單變量求解”模塊可以方便的求解；更換不同的參數(shù)即可批量得到不同底板寬度、計(jì)算有效深度和不同下臥較好土體深度、上覆較差土體時(shí)的等效深度。

本文以220kV線路工程常見基礎(chǔ)埋深（以埋深4 m為例）和底板寬度（底板寬度4.5 m）的基礎(chǔ)尺寸為算例，計(jì)算了上部較差土體折減深度如圖3所示。

圖3 上覆較差土體折減厚度

由圖3可以看出，素填土對(duì)于計(jì)算露頭的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粉土的影響，相同的覆土厚度，素填土的折減程度約為粉土的2～7倍。

表3示出了上覆粉土和素填土?xí)r折減厚度與原覆土厚度百分比情況。

由表3可以看出，土體分層時(shí)，上覆較差土體對(duì)上拔計(jì)算深度具有較大影響，且上覆土體上拔角越小，影響程度越大。

表3 常見基礎(chǔ)尺寸的折減深度（H=4 m，B=4.5 m）

對(duì)常見的下臥粉質(zhì)粘土，上覆素填土或粉土的地質(zhì)條件，在基礎(chǔ)寬度4.5 m左右，埋深4 m左右時(shí)，可將上部素填土厚度的50%或粉土厚度的20%計(jì)入計(jì)算露頭后按照全部土層為粉質(zhì)粘土進(jìn)行基礎(chǔ)上拔計(jì)算。

3 幾種常見地形情況討論

輸電線路不同于普通的民用建筑，其整體為線狀分布，往往綿延數(shù)十公里，沿線地形條件復(fù)雜，且為了減少對(duì)優(yōu)質(zhì)國土資源的占用，線路沿線多為地形條件相對(duì)較差的丘陵、山地。線路工程中常見的塔位地形情況主要包括斜坡地形和梯田坎子地形，分別如圖4、圖5所示。

下面就以上兩種地形條件下上覆較差土體的考慮方法分別討論。

圖4 斜坡地形計(jì)算

圖5 梯田坎子地形

3.1 斜坡地形

該種情況上拔范圍內(nèi)土體為圖4所示，但是在計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)，通常將其等效為平地計(jì)算。具體等效方式為取基礎(chǔ)實(shí)際露頭h與基礎(chǔ)主柱中心至上拔范圍內(nèi)邊緣點(diǎn)高差e的一半之和作為計(jì)算露頭高度。即實(shí)際的計(jì)算模型如圖6所示。

圖6 斜坡地形實(shí)際計(jì)算模型

由圖6經(jīng)過簡單的相似三角形分析可知，當(dāng)e／2大于上覆較差土體厚度時(shí)，區(qū)域ABCD范圍內(nèi)的土體體積大于區(qū)域EFGH范圍內(nèi)的土體體積，因此即使不再考慮上覆較差土體的重量，按照?qǐng)D6所示范圍內(nèi)的下部較好土體計(jì)算基礎(chǔ)，計(jì)算結(jié)果也是偏于安全的。但是，當(dāng)e／2小于上覆較差土體厚度時(shí)，則上覆土體的處理方法因上覆土體厚度而定，無法無條件的得到確定的處理方法。

3.2 梯田坎子地形

該種地形計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)，通常也等效為平地計(jì)算，等效方法為取基礎(chǔ)實(shí)際露頭h與坎子高度e的一半之和作為基礎(chǔ)的計(jì)算露頭，即實(shí)際的計(jì)算模型如圖7所示。

圖7 梯田坎子地形實(shí)際計(jì)算模型

由圖7可以看出，此時(shí)無論e／2與上覆較差土層厚度孰大孰小，均無法得到無條件的確定處理方法。具體的處理方法取決于上覆土層具體的密度、上拔角等。并且，實(shí)際工程中該種情況下大多數(shù)上覆土層為素填土，其對(duì)基礎(chǔ)計(jì)算的影響更大。因此該種情況下，參考本文第2節(jié)的分析，建議偏于安全的取計(jì)算露頭為斜坡地形的計(jì)算露頭（h＋e／2）加上覆土層的折減厚度。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述討論，本文的主要結(jié)論如下：

1）雙層地質(zhì)條件上覆土層參數(shù)對(duì)基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有重大影響。

2）平地地形條件下，220kV線路常見底板寬度和埋深范圍內(nèi)，下臥層為粉質(zhì)粘土?xí)r，可將上部素填土厚度的50%或粉土厚度的20%計(jì)入計(jì)算露頭，然后按照全部為下部較好土體進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

3）在斜坡地形情況下，若因地形而增加的計(jì)算露頭高度大于上覆較差土層的厚度時(shí)，可不再考慮上覆較差土層的影響；在梯田坎子地形情況下，可以偏于安全的在因地形增加計(jì)算露頭的同時(shí)，再考慮上覆較差土層的折算厚度作為計(jì)算露頭。