金寨抽水蓄能电站施工供电铁塔基础设计优化

孙 胜 利

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

金寨抽水蓄能电站施工供电铁塔基础设计优化

孙 胜 利

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

根据实际地质情况和施工单位的能力，对原掏挖基础分别进行岩石基础和桩基础两次优化，节省了工期和投资，降低了工程风险，对山区铁塔基础的设计有一定的参考价值。

基础，优化，设计

1 概述

金寨抽水蓄能电站为日调节纯抽水蓄能电站，装机容量1 200 MW，以两回500 kV线路接入500 kV皋城变电所。建成后承担安徽电网调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用等任务。

工程区属中低山丘陵地貌，高程在130 m～850 m之间。多年平均气温15.8 ℃，极端最高气温为41.6 ℃，极端最低气温为-13.9 ℃。多年平均风速1.5 m/s，最大风速15.0 m/s。

工程区出露的地层主要有英山沟组角闪斜长片麻岩、混合片麻岩和蚌埠期侵入的角闪岩及第四系覆盖层。覆盖层表层为耕殖土、素填土，下部为粉质黏土。

工程区地下水可分为基岩裂隙水和孔隙性潜水。基岩裂隙水赋存于基岩裂隙、断层破碎带中，以潜水类型为主；孔隙性潜水分布于第四系覆盖层及全风化岩(土)层内，埋藏深浅不一。

为满足电站工程施工需要，在施工区内建设施工供电系统，包括：10 kV开闭所，2回电缆进线(从35 kV张冲变引接电源)，6回10 kV出线线路(引接至施工区内各终端杆向各施工部位供电)。

2 原设计

采用《国家电网公司输变电工程通用设计》(110(66 kV)输电线路分册)66 kV铁塔型式，主要有06B1-Z2，Z3，J1，J2，J3，J4，06B4-SZ2，SJ1，SJ2，SJ4和06B5-SJ4，基础作用力同样采用通用设计。采用掏挖基础，每基4个基础，桩径0.9 m，埋深2.5 m～5.5 m，扩底尺寸1.3 m～3 m，采用C30混凝土，基础受力钢筋采用1618/20/22。地基承载力特征值不小于180 kPa。

3 问题的提出

施工过程中，共有22基基础开挖一段后遇到强风化岩石(或中风化岩石)，根据地勘报告，强风化岩石的饱和抗压强度达到1 MPa左右，属软质岩。若按图施工，爆破工作量大，底部扩挖难度大(桩径0.9 m，操作空间狭小)，同时存在较大风险。施工单位请求优化原设计。

原设计掏挖基础下压、倾覆稳定计算、截面配筋均满足要求，控制工况为上拔稳定计算，据此展开设计优化。

4 第一次优化

根据《架空输电线路基础设计技术规程》[1]，采用承台式岩石基础(认为原混凝土柱为承台)。岩石基础应用广泛，技术较成熟[2-5]。

4.1计算过程

以3号线C6塔基为例进行计算分析，Tmax=407.72 kN，Tx=41.48 kN，Ty=38.63 kN。桩径0.9 m，锚桩距离圆心0.35 m，共设6个锚桩。

首先根据式(1)计算出单桩上拔力设计值。

(1)

其中，Ti为群锚桩的单桩上拔力设计值，kN；n为锚桩数；Mx，My分别为作用于承台顶面上水平力对通过群锚重心的X轴和Y轴的力矩，kN·m；Xi，Yi分别为锚桩i至通过群锚重心Y轴和X轴的距离，m。

由于各个基础已开挖的深度不一，承台重Gf较难计算，计算忽略此值，偏保守。计算弯矩时假定力矩为1 m。

由式(1)计算得Ti=78 kN。

根据式(2)计算钢筋面积，选择钢筋直径。

Ti≤fyAn

(2)

其中，An为单根锚筋的净截面面积，mm2；fy为锚筋的抗拉强度设计值，HRB400钢筋为360×103kPa。

由式(2)计算得An=217 mm2，选用25钢筋，An=491 mm2。

单根锚筋与砂浆粘结承载力，应满足式(3)的要求。

γfTi≤πdl0τa

(3)

其中，d为锚筋直径，0.025 m；l0为锚筋的有效锚固长度，取35d=0.875 m；τa为钢筋与砂浆的粘结强度，C30级砂浆取3 000 kPa；γf为基础附加分项系数，取1.60。

经计算满足要求。

单根锚桩与岩石间粘结承载力，应满足式(4)的要求。

γfTi≤πDh0τb

(4)

其中，D为锚桩直径，取0.075 m；h0为锚桩的有效锚固长度，取3 m；τb为砂浆与岩石间的粘结强度，取200 kPa。

经计算满足要求。

岩石抗剪承载力应满足式(5)的要求。

γfTE≤πh0τs(D+h0)

(5)

其中，D同式(4)，取0.075；h0同式(4)，取3；τs为岩石等代极限剪切强度，取30 kPa。

经计算满足要求。

同时，锚桩间距0.37 m小于桩径D的6倍(0.45 m)，还应满足式(6)的要求。

γfTE≤πh0τs(a+h0)+Gf

(6)

其中，a为群锚桩外切直径，取0.9+0.075=0.975 m。

经计算满足要求。

4.2设计图纸要求

1)锚杆应锚入强风化岩石3 m，外露1 m，上部采用弯钩锚固的形式；

2)锚杆采用HRB400钢筋，砂浆强度等级为M30；

3)锚杆钻孔直径不小于75 mm，孔深应大于锚入长度50 mm以上。钻孔前，应定出孔位，作出标记，注浆要求充实饱满；

4)锚杆安装前应用高压水或高压风将孔内积水和岩粉吹洗干净。杆体外露部分应注意保护，3 d内不得敲击、碰撞，7 d后才允许浇筑外围混凝土；

5)应分组抽样检查浆体密实度，按锚杆数量的1%进行拉拔力试验，或按照监理工程师的要求随机抽样检查。

砂浆锚杆详图和平面布置图见图1，图2。

5 第二次优化

由于施工单位设备不足，人工钻75 mm、深3 m的孔难度较大，施工单位再次请求优化。

根据规程[1]和《建筑桩基技术规范》[6]，结合实际的地质情况，采用嵌岩桩基础。

不考虑已开挖覆盖层、全风化岩石侧阻力的作用，计算偏保守。

计算基桩自重时，桩身长度取地下部分长度，忽略地面以上长度。

5.1计算过程

依然以3号线C6塔基为例进行计算分析。

根据式(7)计算单桩抗拔极限承载力标准值Tuk。

γfTk≤Tuk/K+Gp

(7)

其中，Tk为按荷载效应标准组合计算的单桩上拔力，取设计值407.72 kN，偏保守；γf为基础附加分项系数，取1.60；K为安全系数，取2；Gp为基桩自重，地面以下高度取3 m。

经计算，Tuk=1 209.28 kN。

根据式(8)计算入岩深度li。

Tuk=∑λiqsikuili

(8)

其中，ui为桩身周长；qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，结合地勘报告和规范[6]，取强风化岩石的侧阻力标准值为140 kPa；λi为抗拔系数，取1。

鉴于入岩深度较小，认为岩石全部为强风化岩石，i=1(实际可能还有中风化、微风化，偏保守)。

经计算，li=3.05 m。

5.2设计图纸要求

1)基础必须挖至设计深度及以下，保证计算入岩深度要求，其余同原设计；

2)孔口及孔壁不稳定部位应采取护壁措施，混凝土浇筑前清除不稳定块石，保证岩面粗糙；

3)施工单位应按图纸要求严格控制爆破参数以保证岩体的完整性和稳定性。

6 结语

施工供电铁塔基础经过两次优化，满足了现场施工的要求，节省了工期和投资，降低了工程风险，目前已完工并安全运行。主要结论如下：

1)原设计铁塔基础均为掏挖基础，这种基础主要适用于粘性土和土质好的非岩石地基[7,8]，原设计应根据地质情况提供不同的基础形式为宜；

2)因优化基础数量众多，未进一步区分转角塔基础上拔和下压的实际受力情况，一律按上拔稳定计算，偏保守；

3)规程[1]计算单桩抗拔极限承载力标准值Tuk比规范[6]偏保守；

4)计算的一些假定，使得计算结果偏保守；

5)从钢筋混凝土基础和浇筑混凝土角度看，掏挖基础与桩基础并没有严格的区分，不同之处仅仅体现在基础底部的形式。

[1] DL/T 5219—2014，架空输电线路基础设计技术规程[S].

[2] 唐其练,罗 斌.新型岩石嵌固基础在500 kV线路中的设计与应用[J].江西电力，2000，24(3):6-7.

[3] 董 晔,刘 杰.国内外岩石锚杆设计之比较[J].地质与资源，2001，10(4):235-238.

[4] 程永锋，鲁先龙，郑卫锋.输电线路工程岩石锚杆基础的应用[J].电力建设，2012，33(5):12-16.

[5] 郑卫锋，鲁先龙，程永锋，等.输电线路岩石嵌固式基础抗拔试验研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28(1):152-157.

[6] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[7] 牛慧勇.500 kV铁塔基础类型比较[J].内蒙古科技与经济，2010(20):85-86.

[8] 翟佳羽.送电线路铁塔采用基础形式介绍[J].工程科技，2014(35):263.

DesignoptimizationofconstructionpowersupplytowerfoundationinJinzhaipumpedstoragepowerstation

SunShengli

(PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou311122,China)

According to the actual geological conditions and the capacity of the construction company, the original digged foundation is optimized by rock anchor foundation and pile foundation respectively, saving the duration and investment, reducing the project risk, which has certain reference value for the montanic tower foundation.

foundation, optimization, design

1009-6825(2017)29-0084-02

2017-08-05

孙胜利(1982- )，男，硕士，工程师

TV541

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