斜掏挖与直掏挖斜插角钢基础性能对比

赵怀宇，武淑敏

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄市，050031）

0 引言

斜掏挖扩底（原状土）基础试验是国家电网公司2008年重点试验项目，该试验依托220 kV邢台北—大陆村线路工程，于2008年12月在N150附近的一场址顺利完成。

斜掏挖基础满足“两型三新”线路工程的需要，其计算理论成熟，设计软件完善，施工工艺标准化程度高，在河北省南部电网适合人工斜掏挖的水文地质条件下可以大力推广应用。掏挖基础所产生的经济效益、环境效益和社会效益明显优于大开挖基础，斜掏挖基础受力状态比直掏挖斜插基础（相当于偏心距较小的直掏挖基础）更合理。试验表明，斜掏挖与直掏挖斜插角钢基础相比，具有基础位移小、土体抗力小、钢筋应力小且分布均匀等优势，因此斜掏挖基础具有良好的力学性能，有利于工程投资的控制。

1 试验基础设计

根据试验内容和目标，为了对比斜掏挖和直掏挖斜插角钢基础不同之处，以及不同埋深对基础造价的影响，本次试验布置2个斜掏挖和2个直掏挖斜插角钢基础，共4个单腿试验基础，其基础作用力均采用双回路直线塔2I-SZ3（27 m）的基础作用力。基础施工图如图1～4所示。

2 斜掏挖与直掏挖基础性能对比

2.1 基础变形特性

根据试验记录整理得到基础的荷载位移如表1和表2所示。

表1 基础上拔位移表Tab.1 Up-lift displacement of foundation

表1中数据表明：当上拔荷载小于625 kN时，斜掏挖基础竖向位移均大于直掏挖基础，而当上拔荷载大于或等于625 kN时，斜掏挖基础竖向位移均小于直掏挖斜插角钢基础。这说明当荷载突破直掏挖基础与其周围的土体抵抗力时，其竖向位移突变，其周围土体快速向塑性发展；而斜掏挖基础竖向位移变化缓和，其周围土体表现出较好的塑性。

表2 基础水平位移表Tab.2 Horizontal displacement of foundation

表2中数据表明：在水平荷载作用下，斜掏挖基础水平位移都小于直掏挖斜插角钢基础水平位移，这说明在同样的荷载条件下，斜掏挖基础比直掏挖斜插角钢基础水平变形小。

2.2 地基土压力

基础所受土压力反映了外荷载作用下基础与地基之间的相互作用，这直接影响基础变形、稳定等工程特性。4个基础在竖向荷载625 kN及水平荷载96 kN共同作用下的土压力变化情况如图5～6所示，其他荷载水平下变化规律相同。

由图5～6可以看出：斜掏挖基础立柱两侧土压力比直掏挖斜插角钢基础小，这说明斜掏挖基础明显改善了基础主柱的受力状况，有利于提高基础稳定性。

2.3 基础主筋应力

试验基础中布置应变片的目的是测量竖向荷载与水平荷载组合作用下基础主筋应变变化，从而计算出主筋相应的应力变化。基础钢筋应力为

式中：σ为钢筋应力，MPa；E为钢筋弹性模量，E=2.1×105MPa；ε 为试验中主筋的实测应变值 με，10-6。

基础主筋应力随基础深度的变化曲线如图7～8所示。

由图7和图8可知，XTW-A基础主筋应力小于ZTW-A基础主筋应力。B基础结论同A基础。

3 斜掏挖与直掏挖基础经济指标分析

与相同尺寸的直掏挖斜插角钢基础（偏心距较小的直掏挖基础）相比，在相同的荷载和地质条件下，斜掏挖基础基柱最大弯矩小，基底弯矩小，水平倾覆稳定容易满足。故对于斜掏挖基础，基础底面直径尺寸小，钢筋用量少，混凝土用量小，挖方小，经济技术指标优。

如 SZ2基础作用力（kN）：N=611.09，Nx=76.57，Ny=67.78；T=538.97，Tx=69.61，Ty=60.42。地质条件：0～5.0 m厚度之内为粘土，可塑；γ=16.9 kN/m3，fak=120 kPa，c=20 kPa，φ=16.9°。塔腿主材规格为Q420，L125×10，正、侧面坡度为 0.09078。经济技术指标比较如表3所示，表3中基础大小是满足基础上拔稳定、基础下压稳定、底板下压、底板上拔剪切以及刚性角等约束条件，并使本体造价最低的基础尺寸。

表3 500 kV双回线路基础经济技术比较Tab.3 Technical-economical comparisons of different foundations

由表3可知，从混凝土用量、钢筋用量、挖方量、造价来看，斜掏挖基础最小，直掏挖斜插角钢基础次之，直掏挖基础最大，其中斜掏挖基础造价最低。

4 结论

综上所述，从基础变形、土体压力和基础主筋应力来看，采用斜掏挖基础比直掏挖斜插基础（偏心距较小的直掏挖基础）更加合理。

（1）斜掏挖基础仍然是刚性短桩基础；

（2）斜掏挖基础的旋转中心位置不一定在柱体上；

（3）斜掏挖基础与直掏挖斜插角钢基础（偏小距较小的直掏挖基础）相比，立柱最大弯矩、基底弯矩明显降低；

（4）斜掏挖基础与直掏挖斜插角钢基础（偏小距较小的直掏挖基础）相比，混凝土用量、钢材用量、挖方量、造价均有不同程度的减少。

总之，斜掏挖扩底（原状土）基础具有较高的经济效益和社会效益，其符合创建“两型三新”线路工程的需要。

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