楊德志，張金鋒，李林，鄒本為，尹雪超，程鑫，蘇金龍

（1.國網(wǎng)宣城供電公司，安徽 宣城 242000；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230022；3.安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230022)

0 概述

輸電線路巖石錨桿基礎適用于巖性較好的地基，且抗拔承載性能高。錨桿基礎減少了混凝土用量和土石方開挖量，同時降低了水泥、砂石、鋼筋及棄土運輸量，多用于山區(qū)輸電線路工程，是一種機械化程度高、資源節(jié)約、環(huán)境友好的基礎形式[1～4]。

為進一步推進基建標準化建設，貫徹“兩型三新”輸電線路建設要求，在110～220kV輸電線路通用設計鐵塔部分的基礎上，依據(jù)行業(yè)規(guī)程，借助錨桿基礎通用設計理念，結合巖石錨桿基礎相關專項研究成果，開展輸電線路巖石錨桿基礎標準化應用研究，內(nèi)容主要包括巖土條件、基礎作用力、基礎型式、錨桿間距、基礎露頭高度等關鍵參數(shù)分類分級原則和主要設計參數(shù)取值、試驗研究、工程應用及效益分析等[5]。

1 巖土參數(shù)組合

根據(jù)《架空輸電線路基礎設計技術規(guī)程》（DL/T 5219）和《架空輸電線路巖石基礎技術規(guī)定》（Q/GDW11333）中規(guī)定的細石混凝土與巖石間的黏結強度τb、巖石等代極限剪切強度τs取值范圍，將二者組合，分別對42組參數(shù)組合進行試算，計算結果見圖1所示。由圖1可以看出，不同上拔力作用下，錨筋長度隨著地質(zhì)參數(shù)組合的變化逐漸趨于穩(wěn)定，取錨筋長度相對穩(wěn)定時對應的地質(zhì)參數(shù)取組合為合理值。

圖1 地質(zhì)參數(shù)組合與錨筋長度關系曲線（1.0m露頭）

實際工程中，未風化和微風化巖石地基較少，因此取消對應的地質(zhì)參數(shù)組合。根據(jù)試算，220kV及以下輸電線路，當 τb=400kPa、τs=40kPa 時巖石錨桿基礎按最小構造長度基本可滿足要求。為增加地質(zhì)參數(shù)的適用范圍，且兼顧后續(xù)（500（750）kV）及以上地質(zhì)參數(shù)組合需要，地質(zhì)參數(shù)上限取值為τb=600kPa、τs=60kPa。

巖石等代極限剪切強度不屬于巖石地基物理力學參數(shù)，無法通過常規(guī)地質(zhì)勘察獲取，一般需要根據(jù)試驗結果反算得到[5～7]。相關科研單位先后開展了大量巖石錨桿基礎現(xiàn)場試驗研究，分析得到巖石等代極限剪切強度取值范圍，該成果已被行業(yè)標準《架空輸電線路錨桿基礎設計規(guī)程》（DL/T 5544-2018）采用。當缺少試驗數(shù)據(jù)且無條件進行現(xiàn)場試驗時，可參照《架空輸電線路錨桿基礎設計規(guī)程》（DL/T 5544-2018）相關規(guī)定確定τs的取值。

考慮到實際工程中錨桿基礎一般應用在巖石條件較好的塔位，故取τb=250 kPa、τs=25 kPa 組合為下限。

按 DL/T 5219、DL/T 5544-2018 等規(guī)程規(guī)定，根據(jù)試算結果，并兼顧與500（750）kV）及以上電壓等級地質(zhì)參數(shù)組合銜接，共得到地質(zhì)參數(shù)組合6組，確定錨桿基礎標準化設計組合參數(shù)見表1。

巖石錨桿基礎標準化設計參數(shù)組合 表1

2 基礎作用力劃分

依據(jù)《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計（110～220kV輸電線路分冊）》（2011版）鐵塔通用設計，統(tǒng)計分析基礎作用力大小的分布規(guī)律，從而劃分基礎作用力范圍并確定荷載計算步長。

對鐵塔通用設計中的各個子模塊中直線塔塔型基礎作用力進行統(tǒng)計分析，通過對比分析直線塔上拔力分布頻率與累積分布圖，得出各電壓等級條件下涵蓋90%的直線塔基礎上拔力的主要分布范圍（圖2示例）。

針對110、220kV電壓等級的輸電線路直線塔基礎上拔力采用不同的分級步長 ：100～600kN 為 50kN、600～1000kN為100kN，其中110kV直線塔基礎上拔力劃分為11種，220kV直線塔基礎上拔力劃分為4種，下壓力取上拔力的130%，水平力取上拔力的14%。

圖2 110kV～220電壓等級的直線塔上拔力分布頻率圖、累計分圖（示例）

對輸電線路桿塔通用設計中的各子模塊中轉角塔塔型的基礎作用力進行統(tǒng)計分析，得出各電壓等級條件下的轉角塔基礎上拔力的主要分布范圍，如表2所示。110kV轉角塔基礎上拔力劃分為7種，220kV轉角塔基礎上拔力劃分為4種，下壓力取上拔力的130%，水平力取上拔力的19%。

直線塔（Ⅰ型轉角塔）基礎上拔力范圍 表2

3 設計方法與參數(shù)取值

3.1 設計方法

按照機械化施工的要求，在滿足承載力要求的前提下，以本體造價最小為優(yōu)選目標進行巖石錨桿基礎設計。計算方法依照《架空輸電線路基礎設計技術規(guī)程》（DL/T5219）及《架空輸電線路錨桿基礎設計規(guī)程》（DL/T 5544）執(zhí)行，巖石錨桿基礎上部結構按照《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010）相關要求進行配筋計算。

3.2 主要設計參數(shù)取值

依據(jù)規(guī)程、結合通用設計成果，針對錨桿基礎其他主要設計參數(shù)進行歸納總結，如表3所示。

4 試驗研究

4.1 單錨、群錨驗證試驗

開展了不同錨固深度的單錨基礎現(xiàn)場驗證試驗，研究單錨基礎的抗拔承載性能與錨筋的應力分布規(guī)律及有效傳遞范圍，并驗證錨桿臨界錨固長度及a、b參數(shù)取值的合理性；進行5組群錨（2×2）上拔工況靜載試驗，不考慮偏心，錨筋埋入巖體內(nèi)的錨固長度為3.0m，統(tǒng)一取值，僅改變錨桿間距2D～6D，典型的試驗結果見表4所示。

①分析表4中的數(shù)據(jù)，錨桿長度為1m、2m的單錨基礎均出現(xiàn)錨固體-巖體界面出現(xiàn)滑移破壞，即發(fā)生b破壞；錨桿長度為3m～6m/1m的單錨基礎均發(fā)生錨筋拉斷破壞。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，結合相關規(guī)范中錨入巖層中錨桿的錨固長度取值建議以及現(xiàn)場施工工藝，進一步表明：110kV～220kV輸電線路巖石錨桿基礎標準化設計錨桿的最小錨固長度取3m，最大錨固長度不大于6m是可靠的，合理的。

圖3 小荷載條件下巖石群錨基礎現(xiàn)場上拔試驗

②典型的試驗結果表明，當錨桿間距為2D～6D時，試驗基礎均發(fā)生錨筋拉斷破壞。由此可見，承臺式錨桿基礎錨桿間距按不小于4D取值、直錨式錨桿間距取地螺小根開，錨桿間距b=160mm～280mm（b=1.8 D ～2.4D）是合理的。

4.2 復合式巖石錨桿基礎現(xiàn)場真型試驗

根據(jù)皖南地區(qū)山區(qū)線路工程特點，結合以往宣城地區(qū)復合錨桿基礎真型試驗相關成果，針對擴大應用示范工程，選擇典型的巖石錨桿試驗場地對強～中等風化泥質(zhì)砂巖地質(zhì)條件下單錨和復合式錨桿基礎進行設計和試驗研究，驗證勘察設計成果正確性和擴大應用的可行性，并進一步擴展和確定復合式錨桿基礎在皖南地區(qū)線路工程中的適用范圍，為標準化設計成果推廣應用創(chuàng)造條件。

圖4 皖南山區(qū)典型巖石條件復合式（掏挖、直柱、板柱）錨桿基礎試驗

①當錨固深度大于2m時，錨筋類別為HRB400、Φ36的單錨基礎的上拔破壞模式為錨筋拔斷，極限承載力為440kN；錨筋類別為 HRB500、Φ40的單錨基礎的上拔破壞模式為錨樁拔出，極限承載力為540～760kN，極限承載力是試驗的破壞值，設計承載力為理論計算值，兩者較吻合。巖石錨桿基礎的錨筋材料推薦采用高強螺紋鋼筋。

②2×2式承臺式群錨上拔破壞模式為錨樁拔出，極限承載力為2560kN～2720kN；3×3式承臺式群錨的上拔破壞模式為錨樁拔出，極限承載力為4320kN～6120kN，極限承載力和設計承載力兩者較吻合。

③錨筋的有效應力傳遞范圍近似為巖石地表以下2.5m，錨筋錨固深度宜為4m左右。

5 成果應用及效益分析

①110kV～220kV巖石錨桿基礎標準化計中直錨式和承臺式設計成果按照統(tǒng)一規(guī)定歸并方式，共計形成67張圖紙、275個基礎，成品已編入《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計輸電線路巖石錨桿基礎分冊》（2017年版），并納入《標準化建設成果（35kV～750kV輸變電工程通用設計、通用設備）應用目錄（2018年版）發(fā)布執(zhí)行。

②研究成果在依托工程安徽宣城上莊風電場升壓站-雄路變110kV線路中應用承臺式巖石錨桿基礎3基，與常規(guī)施工條件下掏挖、挖孔樁基礎相比，分別節(jié)約造價1.68萬元、6.87萬元，效益顯著。

③研究成果在示范工程安徽宣城河瀝-梓山220kV線路工程應用復合式巖石錨桿基礎36基?；诤訛r-梓山示范工程邊界條件進行效益分析，經(jīng)測算，巖石錨桿基礎與山區(qū)常用挖孔類基礎相比，在不考慮相關管理取費、專項勘察、檢測及錨桿鉆機安拆及場外運費前提下，巖石錨桿基礎方案依據(jù)現(xiàn)行線路機械化施工補充定額，兩類基礎方案工程本體造價基本相當。這是國網(wǎng)首次進行巖石錨桿規(guī)?；⑴炕痉稇?，踐行了綠色發(fā)展理論，對完善巖石錨桿基礎勘察設計、施工、檢測及后續(xù)進一步擴大應用積累經(jīng)驗。

④結合安徽宣城河瀝-梓山220kV線路擴大應示范工程實踐，及時總結輸電線路巖石錨桿基礎勘測技術要點，積極申報《220kV及以下輸電線路巖石錨桿基礎勘察技術規(guī)程》企標與團標，為更好推廣擴大應用巖石錨桿奠定堅實基礎。

巖石錨桿基礎主要設計參數(shù)取值[5,8] 表3

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巖石單錨、群錨基礎靜載試驗結果 表4

⑤與常規(guī)山區(qū)挖孔類基礎相比，巖石錨桿基礎綜合效益顯著：采用輕小型錨桿機鉆孔，工藝先進，避免了挖孔和擴底施工，能大幅降低施工安全風險，提升山區(qū)線路施工機械化水平；機械鉆機成孔便捷，能縮短施工周期40%以上；大幅減少基面的開方和基礎挖方，施工基面小、混凝土用量少，棄渣少，減少了對山區(qū)原始地貌的破壞，有利于植被及生態(tài)環(huán)境保護，環(huán)保效益顯著。

6 結論

本文基于小荷載條件下巖石錨桿基礎通用設計技術的研究成果，結合現(xiàn)行規(guī)程和巖石錨桿相關專項課題研究內(nèi)容，開展110kV～220kV輸電線路巖石錨桿基礎標準化設計，并依托工程對基礎標準化成果開展試點應用和擴大示范應用，結果表明110kV～220kV輸電線路中應用巖石錨桿基礎安全、經(jīng)濟、環(huán)保。巖石錨桿基礎是輸電線路巖石類地基宜優(yōu)先選用的基礎形式。