输电线路岩石嵌固基础加固处理

2023-10-28王永华查传明王洪涛李长庆孙家文

电力勘测设计 2023年10期

王永华，查传明，王洪涛，李长庆，孙家文

(国网新疆电力有限公司经济技术研究院，新疆乌鲁木齐 830001)

0 引言

铁塔基础是输电线路的重要组成部分，其失效后的维修尤为困难。原状土基础施工时以土代模，减少对土体的扰动，能充分发挥原状地基土的承载性能，具有良好的抗拔能力和较大的横向承载力。岩石嵌固基础作为在岩石地基条件下的首选原状土基础型式被大量应用于工程中，在岩石嵌固基础基坑开挖施工时常采用爆破方式，基坑容易形成上大下小喇叭口形，造成实际基坑尺寸与嵌固基础计算模型不一致，不能满足设计要求，给后续线路安全运行带来一定的风险，本文通过具体工程实际情况，探讨输电线路岩石嵌固基础加固处理方案，为类似工程提供借鉴。

1 项目概况

某220 kV单回路架空输电线路工程，导线采用2×JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线，全线架设双地线，一根为GJ-100型钢绞线，另一根为OPGW-100型复合光缆(48芯)，直线塔采用酒杯塔，耐张塔采用干字型塔。风速分为35 m/s和37 m/s两段，覆冰厚度10 mm。山区地段采用全方位长短腿及不等高基础配置，为减少基础土石方开挖量，降低对周围环境的影响，基础尽量选用原状土基础型式，地质情况为角砾、强风化花岗岩、中风化花岗岩，人工开挖困难，设计选用岩石嵌固基础型式。大部分塔位施工机械可以到位，施工条件一般。

2 设计条件

基础是线路结构最重要的受力结构，抗拔是最重要的受力工况。在岩石地基中，为更好地利用岩石地基的抗剪作用，通常采用嵌岩基础，即基坑开挖成上小下大的锥型，将钢筋骨架和混凝土直接浇筑于岩石基坑内[1]。

岩石嵌固基础设计时应进行上拔稳定、下压承载力及基础强度计算。因岩石地基的承载力比较高(强风化硬质岩为500～1 000 kPa)，故一般岩石基础的下压承载力不控制，该基础型式的结构强度计算和常规基础内容相同[2]，在此不再赘述，本文重点关注岩石嵌固基础上拔稳定计算内容。

嵌岩基础通常由岩石的抗剪强度控制，其上拔稳定计算表达式为：

式中：γf常规基础附加分项系数，悬垂型杆塔取1.10，耐张直线(0°转角)及悬垂转角杆塔取1.30，耐张转角、终端、大跨越塔取1.60；TE为基础上拔力设计值，kN；D为基础底板直径，m；h0为基础有效锚固深度，m；τs为岩石等代极限剪切强度，kPa；Gf为基础自重力，kN。

本工程直线塔基础上拔工况设计条件见表1所列。

表1 基础作用力设计值kN

基础上拔稳定计算值：

γf·TE=1.1×399=438.9（kN）。

经计算，埋深为2.4 m，基础主柱直径1.0 m，混凝土强度等级选用C35，主筋为HRB400，直径φ20。具体基础型式如图1所示。

图1 岩石嵌固基础施工图

3 现场问题

在岩石基坑开挖过程中，施工单位为加快进度，采用爆破成孔方式，塔位基坑爆破时造成原始基面崩塌，形成基坑呈上大下小喇叭口外形，部分基坑有效埋深不能满足设计要求。

嵌岩基础已开挖67基，其中混凝土已浇筑完37基，经对基坑逐基检查，基坑普遍存在上大下小喇叭口形，且部分基础有效埋深不满足设计要求。

针对以上发现的问题，我们对基坑情况进行了分类分析，基坑呈上大下小外形，与嵌岩基础的设计理念发生变化，即不能再按嵌岩基础进行受力计算。

4 基础抗拔受力分析及处理方案

4.1 已完工基础处理方案

根据现场检查情况看，岩石基坑爆破后，坑壁四周岩石较松散，基坑内满灌混凝土，混凝土中的浆液虽然可以将松动后的岩石重新粘结在一起，但是此时的岩石已经不能完全恢复原岩石抗剪性能。

此时基础抗拔不再考虑岩石抗剪承载力，即按重力式基础进行上拔稳定性校核，其上拔稳定计算表达式为：

式中：γf为重力式基础附加分项系数，悬垂型杆塔取0.90，耐张直线(0°转角)及悬垂转角杆塔取0.95，耐张转角、终端、大跨越塔取1.10。

按式(2)进行基础上拔稳定性校核。如核算后满足式(2)要求，可不做处理；当核算不满足式(2)要求，基础上拔稳定不满足设计规程要求，基础需要进行补强(加大)处理[3]。

经现场排查和校核后，共有17基基础上拔稳定不满足设计要求，须对此部分基础进行加固处理。

采用在现有原始基坑上部增加C25毛石混凝土配重的处理方案，具体要求为：将回填土全部清理干净，在现有岩石地面上钻锚孔，插入锚固钢筋，用细石混凝土灌注密实，钢筋外露部分用水平箍筋连接，将原基础柱外表面凿毛处理，毛石混凝土浇筑前用水将原基础混凝土表面浸湿，基坑内不得积水，毛石混凝土中掺入毛石比例为整体体积的25%左右，毛石粒径控制在200 mm以下，毛石在结构体空间中应保证其布置均匀，浆体充分包裹，如图2所示。

图2 已浇基础加固方案

基础回填要求：基础加固处理完毕后，将基础周围土体回填并压实，基础露出回填土面高度不得大于0.5 m。

4.2 未浇筑基础情况分析

经现场排查，共有30基已开挖暂未浇筑混凝土基坑，部分基础埋深不满足设计要求，斜坡塔位情况最严重。经实测，基础实际有效埋深不满足原设计要求情况，可分为两种：一种是全塔4个基础埋深均不满足设计要求；另一种是全塔仅有单腿基础埋深不满足设计要求[4]。

当全塔4个基础有效埋深均不满足设计要求时，首先核对电气平断面图，如导线对地距离裕度较大，可整体降低塔基基准面，基础整体下移，埋深不足部分补足，保证有效埋深满足设计要求。如导线对地距离裕度不太大，无法整体降低塔基基准面，则通过调整基础尺寸，以满足抗拔稳定性要求[5]。

岩石嵌固基础有效埋深不满足设计要求时，可通过调整基础外形尺寸，满足上拔稳定性要求。

4.3 未浇筑基础处理方案

在现有爆破后基坑外形尺寸上再进行人工处理，清理松散石块，岩石完整性得以保证，基坑底部尺寸不满足设计要求的继续扩头，按式(1)进行基础上拔稳定性校核。如核算后满足式(1)要求，可不做处理；当核算不满足公式(1)要求，基础需要进行加固处理。

经现场排查和校核后，共有19基基础上拔稳定不满足设计要求，基础需要进行加固处理。根据实际情况提出三种处理方案[6]。

1)增大基柱直径尺寸(方案1)

对于基坑深度与设计要求相差不大的基础，可考虑增大基柱直径，增加基础混凝土自重提高抗拔稳定性，基柱配筋须满足最小配筋率要求。

2)增加基础埋深或加大基础面积(方案2)

对于基坑埋深远小于设计要求的基础，可采用人工配合机械继续下挖，增加基础有效埋深或面积，以满足抗拔计算要求。基柱主筋实际基础露头尺寸比原设计大，基柱弯矩增大，需重新进行结构强度计算，基柱钢筋总长度增加。

3)基础底部增加锚筋(方案3)

对于基坑埋深远小于设计要求、基底岩石较完整、基坑继续开挖困难的基础，可在基坑底部钻锚孔，将钢筋锚入岩石地基中并灌浆密实，锚筋入岩长度需满足锚固长度要求，形成承台式锚杆基础型式[7]，如图3所示。此时锚杆部分岩石抗剪承载力和基础自重组合共同抵抗基础上拔荷载，式(1)中基础有效锚固深度h0计算至锚杆底，计算直径D取锚桩外切圆直径，基础底部扩大头尺寸由基底下压承载力和锚杆桩间距综合确定。基柱配筋计算与方案2相同，基础内钢筋长度保持不变。

图3 承台式锚杆基础

4) 3种方案对比分析

对上述3种处理方案进行设计计算，将处理方案工程量及施工情况列表，比较各处理方案的差异，见表2所列。

表2 处理方案差异对比表

经表2比较分析可知：

方案1：混凝土增加量最大，且施工困难。适用于基坑较大且埋深与设计相差不大的情况。

方案2：混凝土增加量较小，但钢筋需现场连接处理，施工难度较大。适用于基坑较大或岩石较破碎、宜开挖的情况

方案3：钢筋增加量最大，混凝土量减小，整体施工较方便，危险性最小。适用于基坑远小于设计要求，基底岩石完整，开挖困难的情况。该方案是将岩石基坑清渣干净，以基柱直径为圆，等间距钻锚孔，植入锚筋，用细石混凝土灌孔密实，露出长度满足钢筋锚固长度要求，钢筋外露部分用水平箍筋连接，上部按常规岩石嵌固基础进行施工。