送电线路钻孔灌注桩设计和应用

孙岩 冯丽 马强

【摘 要】钻孔灌注桩的应用，设计方法做以简述，着重阐述了其承载力。稳定性及强度的计算方法，解决设计难点，使设计简要明了。

【关键词】输电线路、灌注桩

【中图分类号】TM621.5【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0370-02

一、钻孔灌注桩的应用

送电线路基础中，在正常地质条件下，普遍采用“大开挖”式现浇钢筋混凝土基础，但在软弱地基或跨河中普遍采用钻孔灌注桩以保证送电杆塔安全。

二、钻孔灌注桩的适用条件

送电线路杆塔处于下列位置时必须使用钻孔灌注桩：

处于地下水位高的易产生流砂现象的粉砂、细砂和软塑、流塑状态的粘性地基的塔位；

处于设计洪水位高且有漂浮物危害的跨河段塔位。

三、钻孔灌注桩基础的设计计算项目

1.承受上拔力的单桩，计算桩的抗拔稳定性，并使桩顶处的设计上拔力T不大于单桩的允许上拔力[Ta]；

2.承受下压力的单桩，计算桩的下压承载力，使桩顶的设计下压力N不大于单桩的允许下压力[Na]，还应作冻切力的上拔稳定计算；

3.承受水平力和弯矩的单桩，计算桩身的最大弯矩Mmax及其作用位置Z以及桩侧向的最大土压力σz（max），并使其不大于侧向上的容许承受力[σz]；

4.桩身的正截面强度应按圆形偏心受拉或偏心受压构件计算。

四、设计步骤

1.基础设计的主要资料

水文地质资料：220kV及其以下线路30年一遇的最高洪水位为设计洪水位，洪水期间局部冲刷深度及水的纵向平均流速；

工程地质资料：基础设计深度各土层内土的物理力学特性，包括天然容重、天然含水量、天然孔隙比、容许承载力R，凝聚力以及内摩阻角；

基础作用力

设计最大风速时基础上拔力（T）、下压力（N）及风荷载（Hxy）；

设计最高洪水时，取与最大风速时的条件组合

基础作用力取最大风速时的0.75倍

动水压力Qw=0.75KwγwUwD0/2g（KN/m）

Kw 基形系数 圆形取0.8

γw 水的容重 一般取10（KN/m3）

U w 水的纵向平均流速（m/s）

g 重力加速度取9.81（m/s）

漂浮物冲击力Qw=Uw/gt （KN）

W 设计漂浮物重力（KN）

关于撞击时间 一般取1秒

2.基础型式

U 桩身截面的周长（m）

Τp 桩周土单位面积的加权平均极限摩阻力（KN/m2）

A 桩身截面的面积（m）

Σr 桩周土单位面积的极限承载力（KN/m2）

Q 设计地面以上桩身有效重力加上桩径不小于1.0m时，设计地面以下桩身之半的重力（KN）

K1基础稳定设计安全系数

容许上拔力[Ta]=（аb Uhτp+ Qf）/K1≥T

Аb 桩周土极限摩阻力的上拔折减系数 取0.6-0.8

Qf 桩身有效重力（KN）

冻切稳定性验算

埋置于季节性冻土中的受压桩基础，尚应按下式验算桩身受冻切力

作用的稳定性

τtAt≤[Ta]

τt 季节性冻土层中，桩周土的冻切力（KN/m）

At 季节性冻土层中，桩的侧表面积At=πD0Z0（m）

Z0 标准冻结深度，铁岭境内取1.35m

4.桩稳定验算

验算最大洪水时的情况

计算参数

4.1基桩的计算宽度b

当桩基直径D0>1.0m时，b=0.9（D0+1.0）

当桩基直径D0≤1.0m时，b=0.9（1.5D0+0.5）

变形系数αm

M 桩侧上的侧向比例系数

EI 桩的抗弯钢度，直线塔EI=0.8EhI 转角终端塔EI=0.667 EhI

Eh 混凝土的弹性模量

I 桩截面的惯性矩I=πD0 /64

局部冲刷线处的桩身内力

由受力分析可知，桩身受水平力有风荷载Hxy、动力压力Qw及漂浮物冲击力Qw，根据理论力学原理可得：

切力Q0=Hxy+Qw+Qm

弯矩m0=Hxy（h0+ht）+ Qm（h0+ht）+ Qm（h0+ht）

4.2计算桩的最大弯矩Mmax和最大上压力（бz）max及其位置z

根据《基础规程》，按照m简捷法计算规定，可计算出

求Mmax 根据αm=M0/Q0=CI由《基础规程》附表B.7和B.8查对应的αmZ和CII，可求出Mmax=M0CII及其位置Z

求（бz）max 根据αm=M0/Q0=CIv由《基础规程》附表B.10和B. 11查对应的αmZ和Cv，可求出（бz）max=αmQ0Cv /b及其位置Z

5.横向稳定验算

（бz）max应符合下列条件

当（бz）max的位置≤（h-h0）/3时

（бz）max≤4（γZtgφ+C）/K1COSφ

当（бz）max的位置>（h-h0）/3时

（бz）max≤4（γ（h-h0）tgφ/3+C）/K1COSφ

φ 桩侧上的内摩阻角

C 桩侧上的凝聚力（KN/m2）

Z 最大上压力处自局部冲刷线算起的深度（m）

γ 桩侧上的有效容量（KN/m3）

K1 设计安全系数

6.桩身强度验算

也即桩身配筋验算。根据材料力学原理，可知，送电线路中应用的钻孔灌注桩属于偏心受力构件，因此，其受拉桩和受压桩强度分别按圆形偏心受拉和偏受压构件计算。

受拉桩：由于在送电线路中的受拉桩的偏心矩е0>гg/2，根据力学原理，属于圆形大偏心受拉构件，则其圆形正截面的纵向钢筋的截面积总和Ag，可按下式计算：

Ag=α1AhRw/Rg

Ah 计算截面的混凝土面积（m）

Rw 混凝土的弯曲抗压设计强度（KN/m）

α1 可根据П1和е0查《圆形截面配筋α1系数图表》查得，其中：

П1=K4T0/ AhRw

е0=M0/T0

Rg 钢筋抗拉得设计强度（KN/m2）

受压桩：按圆形偏心受压构件计算，其大小偏心可按下列方法判别：

当α≤0.5时，为圆形大偏心受压构件

当α<0.5时，为圆形小偏心受压构件

当桩身为圆形大偏心受压构件时，其纵向钢筋截面面积之和Ag为

Ag=α1（Ah Rw/Rg）

α 由β=е0/D0和П1=K4T0/ AhRw查《送电设计手册》“圆形截面偏心构件用П1值”表可得

当桩身为圆形小偏心受压构件（α>0.5）时，其Ag应符合下式：

K4N（е+гg） ≤（Ah Ra+η1RgAg）гg

η1 当е0≥гg时 η1=2/3

当е0=0时 η1=1.0

当е0<гg时 η1=1-е0/3гg

е0 纵向力对截面重心的偏心矩

Ra 混凝土的轴心抗压设计强度（KN/m2）

Rg 钢筋抗拉强度（KN/m2）

Гg 钢筋与桩轴心的距离（m）

K4 钢筋混凝土构件的强度安全系数

N 下压力

五、计算分析

1.单桩的容许承载力：受压桩由桩侧上的摩阻力、桩端上的承载力和桩身的几何尺寸决定，受拉桩由桩侧上的摩阻力和桩自身重力决定，随着它们增大而增大。当桩端承载力较大时，下压桩可以减少如土深度或桩直径，当桩端嵌入中等风化岩3d时，可不计摩阻力的影响；而当桩端上的承载力较小时，应增大如土深度或桩直径，容许下压力主要由摩阻力来完成。

2.单桩的横向稳定性：主要由桩侧上的内摩阻角（φ）和凝聚力（C）和桩身刚度决定。桩身的抗弯刚度EI越大，则所需的最大上压力就越大，而桩侧上的内摩角（φ）和凝聚力（C）越大，则提供给桩身的上压力就越大，稳定性就越好。

3.桩身强度：主要由配筋率和钢筋混凝土设计强度决定。《灌注桩规程》允许范围内，配筋率越大，桩身强度大；而钢筋和混凝土设计强度取得越高，同样条件下，所需配筋率可以减少。

参考文献

[1] 中国电力出版社出版 张殿生主编《电力工程高压送电线路设计手册》

[2] 《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005

[3] 《66kV及以下架空电力线路设计规范》GB50061-97