劉 潔

（江門電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 江門 529000）

0 引言

高壓輸電線路鐵塔作為電能輸送系統(tǒng)的重要組成部分，其安全與否至關(guān)重要。輸電線路跨江塔一般距離河道近，而珠三角地區(qū)主要為海陸交互相沉積地貌，地質(zhì)條件差，淤泥層厚且呈流塑狀，含水量高，例如江門市新會區(qū)三江鎮(zhèn)江門水道附近的淤泥層厚度普遍達(dá)到20～30 m，此種情況下，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮特殊地質(zhì)條件的影響，避免由于地基土承載力不足而出現(xiàn)樁不均勻沉降現(xiàn)象。

1 工程概況

1.1 全線概述

現(xiàn)狀220 kV銀三甲乙線起于220 kV三江變電站，止于220 kV銀湖變電站，工程位于江門市新會區(qū)三江鎮(zhèn)，沿線地形為平地。項(xiàng)目于2002年12月投產(chǎn)，線路全長4.897 km，全線桿塔21基，導(dǎo)線采用2×JL/LB1A-400/35鋁包鋼絞線，地線采用一根LGJX-70/40鋼芯鋁絞線和一根48芯OPGW，設(shè)計(jì)最大風(fēng)速33 m/s。

1.2 #12塔設(shè)計(jì)參數(shù)及現(xiàn)場情況

根據(jù)運(yùn)行資料，220 kV銀三甲乙線#11—#12塔跨越江門水道，屬于跨江塔，#12塔型為ZK-57。原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為單樁連梁灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑1.0 m，設(shè)計(jì)樁長34.0 m。經(jīng)現(xiàn)場勘查，#12塔1號腿基礎(chǔ)樁下沉嚴(yán)重，導(dǎo)致連梁被拉斷破壞，造成鐵塔整體向1號腿方向傾斜，如圖1所示。

1.3 地質(zhì)情況說明

本線路位于江門市新會區(qū)三江鎮(zhèn)，此處主要為海陸交互相沉積地貌，地形起伏相對較小，平地段海拔高度2～15 m。對#12塔進(jìn)行復(fù)勘后得到土層從上至下分布情況為：素填土層5.2 m，流塑狀淤泥層24.6 m，粗砂層3.4 m，可塑狀黏土層2.3 m，粗砂層2.3 m，全風(fēng)化砂巖2.9 m，強(qiáng)風(fēng)化砂巖3.1 m，以下為中風(fēng)化砂巖。地下水深度為1～2 m，地下水豐富，無腐蝕性。地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 地質(zhì)參數(shù)

2 不均勻沉降原因分析

2.1 特殊地質(zhì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力的影響

在樁周土層相對于樁側(cè)向下位移時(shí)，土產(chǎn)生于樁側(cè)的摩阻力方向向下，稱為負(fù)摩阻力。當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過基礎(chǔ)的沉降時(shí)，在計(jì)算基樁承載力時(shí)應(yīng)計(jì)入樁側(cè)負(fù)摩阻力。

通過上述地質(zhì)情況可知，塔基處上層含水量較高的流塑狀淤泥層較厚，隨著河水沖刷，河床運(yùn)動，此類土層會逐漸與樁之間產(chǎn)生相對位移，從而產(chǎn)生一定的負(fù)摩阻力，負(fù)摩阻力產(chǎn)生向下的力，導(dǎo)致樁向下壓力增大，當(dāng)持力層的承載力不能滿足樁的下壓力時(shí)，樁就會產(chǎn)生不均勻沉降。安全起見，此類地質(zhì)條件下的跨江塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不同于常規(guī)基礎(chǔ)，需適當(dāng)考慮負(fù)摩阻力的影響。

2.2 樁端持力層選擇不當(dāng)

跨江塔往往使用檔距大，鐵塔基礎(chǔ)作用力大，再加上樁負(fù)摩阻力的影響，綜合考慮，跨江塔基礎(chǔ)在選擇樁持力層時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇強(qiáng)風(fēng)化砂巖等承載力較大的土層，避免將持力層選擇為黏土層或淤泥層等承載力低的土層。

220 kV銀三甲乙線#12鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為單樁連梁灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.0 m，樁長34.0 m。地勘資料的土層分布顯示此基礎(chǔ)的樁端持力層位于可塑狀黏土層，而可塑狀黏土層極限端阻力較小，不宜做跨江塔持力層，因此選擇強(qiáng)風(fēng)化砂巖層作為基礎(chǔ)的持力層較適宜。

2.3 計(jì)算論證

2.3.1 總述

在灌注樁基礎(chǔ)驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行下列項(xiàng)目計(jì)算：

（1）承受上拔力的單樁，應(yīng)計(jì)算樁的抗拔穩(wěn)定性，使樁頂處的設(shè)計(jì)上拔力不大于單樁的容許上拔力[1]。

（2）承受下壓力的單樁，應(yīng)計(jì)算樁的下壓承載力，使樁頂處的設(shè)計(jì)下壓力不大于單樁的容許下壓力，還應(yīng)做凍切力的上拔穩(wěn)定計(jì)算。

（3）在有樁負(fù)摩阻力的地方，計(jì)算時(shí)要考慮樁負(fù)摩阻力影響。樁周土層沉降可能引起樁側(cè)負(fù)摩阻力時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程具體情況考慮負(fù)摩阻力對樁基承載力和沉降的影響。當(dāng)缺乏可參照的工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下列規(guī)定驗(yàn)算：1）摩擦性基樁：Nk≤Ra；2）端承型基樁：Nk+Qg≤Ra[2]。

2.3.2 鐵塔基礎(chǔ)作用力

通過查閱ZK-57塔的資料得到鐵塔的基礎(chǔ)作用力，如表2所示。

表2 ZK-57鐵塔基礎(chǔ)作用力

2.3.3 理論計(jì)算

按照上述地勘資料，考慮樁負(fù)摩阻力影響，按照最新規(guī)程、規(guī)范對#12塔基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）上拔承載力計(jì)算：

各層土的抗拔系數(shù)如表3所示。

表3 抗拔系數(shù)表

式中：Tuk為單樁或基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；λi為抗拔系數(shù)（表3）；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；Ui為樁身周長（m）；li為樁周第i層土的厚度（m）。

設(shè)計(jì)地面以下樁自重：

式中：Gp為單樁或基樁土的自重、地下水位以下區(qū)浮重度（kN）。

式中：K為安全系數(shù)，取K=2；Tk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的單樁或基樁上拔力（kN）；γf=1.25。

驗(yàn)算通過。

式中：Tgk為群樁呈整體破壞時(shí)基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Ggp為群樁基礎(chǔ)包圍體積的樁自重除以總樁數(shù)、地下水位以下區(qū)浮重度（kN）。

驗(yàn)算通過。

（2）下壓承載力計(jì)算：

偏心豎向力作用下：

式中：Nkmax為荷載組合效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏心豎向力作用下樁頂最大豎向力（kN）；R為基樁或復(fù)合基樁豎向承載力特征值（kN）；Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；Ap為樁端面積（m2）。

驗(yàn)算不通過。

通過計(jì)算得220 kV銀三甲乙線#12塔基礎(chǔ)的偏心下壓計(jì)算不能通過，說明樁端所在的黏土層地基承載力不能滿足要求，導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，與現(xiàn)場出現(xiàn)的情況吻合。

3 處理方法

3.1 方案闡述

考慮到此塔已運(yùn)行20余年，銹蝕較為嚴(yán)重，經(jīng)與業(yè)主單位協(xié)商，本次處理方案為在舊塔大號側(cè)新建一基跨江塔代替舊塔，新塔的基礎(chǔ)充分考慮上述影響因素重新設(shè)計(jì)。

3.2 鐵塔選型

新鐵塔需根據(jù)輸電線路導(dǎo)地線選型，考慮沿線地形地貌、氣象條件重新設(shè)計(jì)選型，新建鐵塔選用南方電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)中的2D2W8模塊，塔型為2D2W8-Z5-57。

2D2W8 型鐵塔設(shè)計(jì)為海拔1000m以下、基本風(fēng)速33m/s（離地面10 m）、覆冰厚度0 mm、導(dǎo)線2×JL/G1A-400/35、地線LBGJ-150-40AC的雙回路鐵塔，直線塔呈傘型布置。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

充分考慮上述不利因素，對基礎(chǔ)的樁徑和樁長進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證安全的前提下，盡量做到最經(jīng)濟(jì)合理。經(jīng)計(jì)算，新塔基礎(chǔ)樁徑設(shè)計(jì)為1.0 m，樁長設(shè)計(jì)為41 m，樁端持力層位于強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，能夠滿足受力要求?；A(chǔ)施工圖如圖2所示。

4 結(jié)語

鐵塔作為輸電線路的重要組成部分，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行。跨江塔作為跨越航道的重要鐵塔，其安全與否不僅關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行，而且關(guān)系到航道的安全運(yùn)行，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尤為重要。本文針對實(shí)際工程中出現(xiàn)的基礎(chǔ)不均勻沉降現(xiàn)象，通過詳細(xì)分析其原因，總結(jié)出相關(guān)注意事項(xiàng)，提出了實(shí)際的解決方法，可供同行學(xué)習(xí)交流。