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        江門220 kV銀三甲乙線#12跨江塔基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降原因分析及處理方法

        2022-11-10 04:39:14
        機(jī)電信息 2022年21期
        關(guān)鍵詞:力層基樁單樁

        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。

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