旋挖钻机灌注桩设计在高压输电线路铁塔基础重的应用

旋挖钻机灌注桩设计在高压输电线路铁塔基础重的应用
摘要：铁塔作为高压输电线路的重要组成部分，其基础设计直接关系到线路的安全运行、工程投资以及工程的综合效益。随着输电线路电压的等级越来越高，回路数和导线的截面积越来越大，对基础的要求也就越来越高，尤其是在一些地质条件较差的塔位，灌注桩逐渐成为铁塔基础的主要型式之一。灌注桩具有施工机械小、工艺简单以及施工技术成熟等优点，因此被广泛运用于软土、河道以及自重湿陷性黄土等特殊地基中的铁塔基础。本文结合工程实例，分析了灌注桩技术在输电铁塔基础中的应用中的设计方法，可供同类工程参考。

　
　　输电线路铁塔基础型式的选择，主要是根据杆塔型式和受力情况、工程沿线的地形和地质情况、运输等条件来进行确定。在基础设计中，必须要保证地基的稳定性和结构的构造要求。
　　1、工程概况
　　某输电铁塔为塔高二百一十六米的大跨越钢管塔，而且该塔处于八度的强地震带上，对于基础要采取抗震措施，该工程所处地区的地形十分复杂，有很深的基岩面，而且淤泥层也很厚，如果基础发生倾斜是很难修复的。地震会随时导致基础沉降，产生的变形也是随机的，这在很大程度上加大了设计的难度。通过大量的参考资料，综合实际情况进行了分析，为了保证工程的安全可靠和经济合理，最终确定了采用的设计方案时钻孔灌注桩结合承台和连梁。
　　2、该工程设计中的难点
　　2.1 如何选择桩径、桩长和承台的尺寸
　　通过该工程的地质资料看以看到，该区有很厚的淤泥层，一些孔位的淤泥层达到了二十七米的厚度，还有一些孔位在在四十米深处还夹杂着近乎两米厚的含有淤泥的砂土。还有较厚的粘土层和粉砂及粗砂层。如果在淤泥和粘土层较厚的地带的桩径太小或者是桩太长，钻孔就需要很长的时间，就很容易导致缩颈和塌孔。由于粉土和砂土具有较强的透水性，很容易造成流沙塌孔和是断桩。桩径如果太大的话，会增加施工中的耗材，也就增加了施工的成本，而且对施工机械的要求非常高，很难满足这些要求可能会对工程进度造成影响。承台的基础围岩水塘内，而且地下水位较高，要同时保证承载力方面的要求和施工中对基坑开挖和排水的可行性。所以在选择钻孔灌注桩桩长、桩径和承台尺寸的时候，要遵循相关的设计规范规定的基础上，还要综合对施工的机械、施工能力以及工期进行考虑。
　　2.2 基础之间会产生不均匀沉降
　　该铁塔的基础根开较大，而且桩群布置的外缘范围较大，在施工区域内地质条件也有较大的变化。每根桩的地质条件都各不相同，在设计时每根桩的长度也就各不相同。端桩支撑都处在不同的地质中，这样各个基础的沉降量都是不相同的，一旦产生太大的沉降差异，就会造成基础的整体倾斜，对基础的上部结构造成严重的影响。基础之间的沉降和地质状况、基础的本身以及上部的作用力都有直接的关系，对于基础本身的修复也很难。所以，对各种因素的影响进行综合考虑，设计的关键就是将基础之间的不均匀沉降控制在规范中要求的范围之内。
　　2.3 在淤泥层有震陷的可能性
　　在地震的荷载作用下，软土土体结构容易遭到破坏，随着软土层塑性区的扩大，强度不断降低，进而产生永久性的变形就是软土震陷。该工程处于八度地震带中，淤泥层的厚度达到了十七到二十七米，在发生震陷之后，淤泥软土层对桩侧的作用力会迅速减小甚至消失，这时桩侧摩阻力会消失甚至会变成负值，这样就加大了桩的附加变形。由于桩的土侧压力会迅速见效甚至是消失，桩顶和上部结构的水平位移会加大，这样上部结构就会被破坏进而给整体结构带来严重的影响。在目前通常采用的对软土震陷进行分析的方法是有限元法，但是通过这种方法计算出的模型和实际比较，往往有较大的出入，而且这种方法对地质土层的参数也有很高的要求，因此这种方法在实际工程中并不实用。但在现行的相关规定中，还没有提供可行的计算方法，因此，在设计中急需解决的问题就是对软土地基的震陷的解决方法。
　　2.4 对基础承台连梁的设计
　　在基础之间增加连梁，可以进行基础水平作用力的传递，由于基础具有整体性，当发生地震时，能对基础的受力分布状况进行改善，但目前还没有可行的基础连梁的计算方法，对于连梁的配筋只能是按照构造进行配置。由于连梁适合基础承台固接的，因此梁端肯定是要承受弯矩的，而弯矩和梁的截面积的大小和配筋又有直接的关系，当梁端承受较大的弯矩时，这时在设计中就需要考虑如何保证梁端处不开裂的问题。而梁端弯矩和梁自身的线刚度以及基础的整体线的刚度有关系，但是周围土层的压力会给基础整体线的刚度产生一定的影响，但却没有办法确定到底有多大的影响，因此就没有办法从理论上对梁端的弯矩进行确定。
　　2.5 对地脚螺栓的设计
　　该工程基础具有较大的作用力，通过计算可以得知地脚螺栓的质量和塔脚法兰的厚度、尺寸、质量都很大，在运输和安装时都是相当困难的。地脚螺栓和塔脚法兰的配合必须准确。由于规格太大在施工中很难保证能精确定位，而塔脚底板和主材钢管是焊接牢固的，如果它们之间的偏差太大，很难重新处理塔脚法兰和地脚螺栓进行配合，因此普通的地脚螺栓布置方式在实际上是不合理的，也不方便施工，需要重新确定布置方式。
　　3、设计
　　3.1 对桩径、桩长和承台尺寸的选择
　　在基础方案确定之后，接下来就是对桩径、桩长和承台的尺寸的确定。由于工程所处的地质条件极为复杂，将桩径初步定为一点二米，对于桩长的确定要根据各个钻孔的具体地质条件来确定，如果桩长取得过短，就要将桩径增大，而且一些桩端会落在可塑的土层上，不利于抗震。通过综合比较，最终将桩径定位一点二米，桩长确定在五十五到六十三米的范围之内。对于这样的桩长来说，适合采用的施工工艺是传统的施工冲和钻孔。承台的长宽尺寸是根据桩径的大小来确定的，要保证承台的厚度能满足正常承载力的要求。承台的埋深和施工中对基坑的开挖和排水有一定的影响，因此在设计中应该减小埋深，进而将开挖量和排水量减少，可以省工省时。 　　3.2 基础之间的不均匀沉降
　　在确定好整体方案之后，就需要对塔位的四个基础中桩端处土层最差的基础进行确定，即就是将沉降位移最大的基础找出来。基础的荷载值就是基础及其上部作用力共同的载荷的永久值，依据相关技术规范中的计算方法，结合工程中的参数，通过计算，可以确定一个基础中心点的最大沉降量是三点五厘米，经过综合考虑，三点五厘米的承台的转动造成的基础整体倾斜能满足相关规范中的要求，是可行的。
　　3.3 淤泥层有塌陷的可能
　　由于地震荷载的组合，会导致淤泥层出现震陷。如果发生软土震陷，桩侧的土压力和摩阻力会减小甚至是消失，在桩侧甚至有负的摩阻力出现，而在目前的没有对这种情况的计算方法。有限元方法又不实用，这就需要找其他可行性较强的方法。假如认为一定深度的土体完全失去了作用，这个时候基础承台和一部分桩长就成为一个悬臂机构，在地震荷载组合作用力下，假如这个模型能满足强度的要求，则说明该方法是可行的。对于一点二米长的桩径，可以初步设定一个桩的悬臂长度来对单桩的压弯稳定性进行计算。而单桩的压弯稳定和其上部作用力大小、截面的形状以及支撑条件有一定的关系，结合工程实际进行综合考虑，最终确定用十米长的悬臂来计算单桩的压弯稳定。
　　3.4 基础承台连梁的设计
　　在承台之间要加横向连梁和对角连梁，由于承台之间的距离较大，为了减小梁的截面尺寸，需要在中间加铺桩来实现。在连梁的计算十应该考虑对角连梁和横向连梁。连梁和基础承台是固接的，梁会产生弯矩，而基础有较大的转角刚度和线度，梁的线性弯度不大，因此梁端产生的弯矩不大。通过分析验证，该结果是正确的。为了保证梁能承受自身的弯矩，最终确定梁的配筋率为百分之零点六，同时还考虑梁和基础之间的充分锚固。
　　3.5 对地脚锚栓的设计
　　该工程主材使用的是内径1.52m以及外径为1.58m的钢管，施工人员在管内作业是完全没有问题的，所以在设计中提出了在钢管内外都进行地脚锚栓布置的方案。通过增加螺栓的数量来减少螺栓的长度和规格，进而实现便于螺栓的加工、运输和安装的目的，同时还节省了工程的总投资。
　　4、结语
　　在该工程设计中，在结合工程实际情况的基础上，通过一些创新设计和特殊处理，解决了工程设计中的所有难点，而且还加快了工程的进度，节省了工程投资，因此在输电铁塔灌注桩基础设计中，在遵循相关的设计规范的基础上，要结合工程的实际进行创新，更好的满足实际工程的需要。