高边坡回填土复杂地质条件下多桩承台连梁基础设计应用研究

范夏玲

（福建永福电力设计股份有限公司 福建福州 350108）

0 引言

由于输电线路塔位地形与地质条件复杂、地基土物理力学性质差异大，设计和施工中需要考虑的边界条件较多，按照安全可靠、技术先进、经济适用、因地制宜的原则选定合理的基础型式就显得非常重要。随着土地资源的稀缺，输电线路走廊日趋紧张，同时为了满足国网公司“两型三新”的设计要求，线路走廊需要穿越地形和地质条件十分复杂的高边坡地形。由于杆塔所处的边坡构造复杂，危险滑动面潜藏，再加上勘察精度的制约，以及日常维护困难等诸多原因，杆塔边坡的稳定存在潜在威胁。与此同时，杆塔本身所受风、雪、冰冻等的瞬时或反复循环作用，也使边坡内的土层强度大大削减［1］。目前，我国对于高边坡软土地形，特别是深回填土条件下的杆塔基础设计方面的研究工作较少。本文以某输电线路工程#11 塔进行塔位基础设计，并对回填土边坡进行稳定性分析，以供同行参考。

1 工程概况

某输电线路工程#11 塔位处于素填土边坡上，边坡高约40 m，填土的最大深度约为37 m。为了解地质情况，对该工程进行地质勘察钻探工作。根据钻探揭露的地层情况，场区地基土自上而下可分为近期人工成因素填土①，早期修建铁路时铺设的堆填时间约20 a 的素填土①1，含碎石以黏性土为主②，砂土状强风化粉砂岩③1，碎块状强风化粉砂岩③2，煤岩③夹，碎块状强风化泥岩④2，中等风化泥岩④3等。

根据本次勘察所获得的各种测试成果和试验数据，且结合当地建筑经验，#11 塔位处的岩土层物理力学指标如表1 所示。

表1 设计计算指标值

2 基础选型

2.1 扩展独立基础

当输电铁塔基础坐落在承载力较好的地基土中，常采用扩展独立基础作为铁塔的基础。独立基础分为阶形基础、坡形基础和杯形基础。

2.2 筏型基础

当填土土层及其下卧软土厚度适中，为满足下压承载力和不均匀沉降要求，采用筏型基础代替扩展基础。筏型基础又叫筏板型基础，分为板式、梁板式2 种型式。

2.3 桩基础

当铁塔处于高边坡深回填土地质条件下，地基进行处理后仍无法满足承载力要求时，铁塔基础可选用桩基础，桩基础主要有灌注桩基础和预制桩基础2 种。

结合本工程实际地质工程情况，采用桩基础作为此工程的基础型式，#11 塔所处边坡位置如图1 所示，设计的桩基础布置图如图2 所示。其中A 腿与上边坡距离较近，C 腿与D2 腿处于下边坡处。由于D 腿正下方存在渗排水系统，为避免破坏渗排水系统，故采取的方案为：G11 塔桩基A、B、C 腿采用单桩基础，D 腿桩基础采用双桩承台基础避开渗排水系统，并用连梁连接A、B、C 桩和D 基础的承台柱形成1 个整体，成为1 个框架结构。

图1 #11 塔位置地址示意图

图2 #11 塔桩基础布置图

3 基础设计计算

3.1 负摩阻力计算

由于#11 塔位处于高回填土区，回填土在短时间内并未完全固结，使得地基土的下沉位移量大于桩的位移量，桩-土之间产生相对位移即产生向下的摩擦阻力，作用在桩侧单位面积上的力称为负摩阻力。把负摩阻力当作外部荷载来进行桩基承载力的计算，故桩基受上部铁塔传递的竖向力和负摩阻力作用。

根据《建筑桩基技术规范》（DL/T 5219—2005）规定［2］，桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算：

中性点以上单桩桩周第i 层土负摩阻力标准值，可按式（1）。

3.2 水平主动土压力计算

工程设计中通常将桩基埋进入持力层，#11 塔处在高边坡处，考虑到边坡填土对桩基可能存在较大的水平主动土压力，为安全起见，计算一定悬臂长度h 的水平朗肯主动土压力值作为水平力附加到基础力中（此工程中h 取值5 m），总主动土压力计算公式如式（2）所示［3-4］。

式中：h 为悬臂长度，m；γs为填土容重，kN/m3；φ 为填土内摩擦角，（°）。

3.3 桩基础计算

3.3.1 铁塔基础力

如图2 所示，考虑铁塔桩基础最不利受荷条件，A、B 2 桩中心受到水平侧向力与上拔力作用，C 桩与D 承台中心受到水平侧向力与下压力，铁塔基础力的如表2所示。

表2 铁塔基础力 单位：kN

3.3.2 桩基计算

利用架空输电线基础设计软件-灌注桩基础（北京百合公司），对该铁塔基础进行计算，软件计算流程如图3 所示。

图3 计算流程图

计算得到A、B、C 塔腿桩基数据：

（1）桩：直径d=1.8 m，桩埋深H=45 m，自由长度L=5 m，桩总高度h=50 m，桩主筋直径d=22 cm，桩主筋数量n=48 根；

（2）连梁：宽=1.28 m，高=1.6 m。

D 塔腿桩基数据：

（1）承台尺寸为：高h=1.6 m；长x=12.6 m，宽y=2.6 m。

（2）桩：直径d=1.6 m，桩埋深H=42.5 m，自由长度L=5 m，桩总高h=47.5 m，桩主筋直径d=22 cm，桩主筋数量n=40 根。

（3）承台柱：高度h=2 m；长x=1.28 m，宽y=1.28 m；承台露出约1.2 m。

4 边坡稳定分析

#11 塔为四回路转角塔，其下压力和侧偏力较大，故有必要对边坡在立塔紧线后的稳定性进行分析。且离边坡坡脚30 m 处有1 条货物运输铁路，边坡稳定分析对建设起至关重要的作用。该填土覆盖层较厚，边坡为人工放坡，并未经过加筋处理，该填土边坡已施工4 个月左右，为了确保边坡在立塔紧线后依然稳定，需进行稳定性分析。#11 塔边坡现场图如图4 所示。

图4 #11 塔边坡现场图

采用北京理正岩土软件中边坡稳定性分析软件，利用计算程序自动搜索最不利滑动面。根据坡面断面数据，该工程边坡坡度为1∶1.5。考虑到水平基础力的影响，故在边坡上施加一定角度的均布荷载。填土物理指标参数参考表1。圆弧稳定分析方法采用瑞典条分法，土条重切向力与滑动方向相反时，当下滑力对待；采用自动搜索最危险滑裂面计算安全系数，如图5 所示，得到安全系数为1.86，符合规范要求［6］。

图5 边坡潜在滑裂面示意图

由于A 腿桩基础离上边坡较近，为安全起见，把A桩基当作抗滑桩进行验算。采用北京理正岩土软件中抗滑桩设计软件得到A 基础的设计值。在验证A 桩基时，把边坡下滑产生的下滑力水平分力累加到铁塔基础力上。通过理正边坡稳定分析软件完成滑坡推力的计算，如图6 所示，得到上边坡的滑坡剩余下滑力为136.49×sin27°=61.7 kN。

图6 计算滑坡推力示意图

由北京理正岩土软件中抗滑桩设计软件计算，其中桩后剩余下滑力水平推力为61.7 kN，按照滑坡推力作用情况计算得到抗滑桩桩身配筋为15 268 mm2，小于架空输电线基础设计软件设计得到的桩配筋面积18 600 mm2，符合要求。

5 结语

因高边坡回填土复杂地质条件对输电线路铁塔基础选型设计具有较强的复杂性，本工程优化基础设计，选择高桩承台连梁基础形式，并综合考虑到负摩阻力以及高回填土对桩基的侧向水平力的影响。并分析了边坡在立塔紧线后的稳定性，得到安全系数1.86，符合规范要求。铁塔4 个腿桩基，其中处于上边坡边坡脚处的A桩基础，受力较复杂，把A 桩基作为抗滑桩进行计算，并和架空输电线基础设计软件计算值进行比较，发现两者较为吻合。