新型基础在输电线路中的应用

张 莉 汤晓刚

(安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽合肥 230022)

新型基础在输电线路中的应用

张 莉 汤晓刚

(安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽合肥 230022)

通过深入研究基础优化的具体措施和新型基础的设计，开展了螺旋锚基础、微型桩、掏挖锚杆复合基础等基础形式的研究，以达到适应电网建设新环境、降低工程造价，缩短施工周期的目的。

螺旋锚，微型桩，复合基础

1 微型桩基础的应用研究

微型桩是在树根桩基础上发展起来的一种新型小口径钻孔灌注桩，20世纪50年代始于意大利，80年代中期引入中国。微型桩一般口径小于300mm，长细比大，桩体采用压浆方法，将水泥砂浆或者细石混凝土与加筋材料压入孔中，根据不同的受力情况，桩体加筋材料主要采用型钢［1］、钢管［2］、钢筋［3］以及以上材料的组合。微型桩通过一种小型的钻孔灌注设备在地基中先成孔，然后在孔中放入钢筋笼和注浆管，经清孔后在孔中投入一定规格的石料或细石混凝土，再采用压力注浆的形式将水泥浆液灌入孔中，形成的同径或异径小桩［4-7］。目前，国内微型桩主要用于房屋基础托换和支护工程，在国内输电线路杆塔基础中采用微型桩的研究还较少，对于输电线路中的杆塔基础而言，一般要承受上拔力作用，且需要具有较强抗倾覆能力。

1.1 微型桩基础的工程特性

与其他杆塔基础相比，微型桩基础具有以下良好的工程特性:

1)通过压力注浆可明显改善桩周土体的工程力学特性、提高地基基础承载力。微型桩通过压力注浆，增强基础刚度与强度并提高桩周土体抗力。在桩身强度与刚度一定的条件下，可通过压力注浆改善桩周土体的受力特性，提高送电线路基础抗倾覆承载能力。2)与同体积大直径灌注桩相比，承载能力较高，既能满足抗压要求，又能承受较大的上拔力和水平力。3)同样承载力要求下，微型桩基础工作量较小。4)微型桩基础的布桩方式灵活。微型桩布置形式比较灵活，在工程实践中，微型桩常被做成网状结构(复合式微型桩)，如图1所示。5)微型桩施工机具简单，对场地适应性强，施工成本低。

1.2 微型桩技术经济比较

如表1所示，以直线塔基础荷载为微型桩基础荷载条件，采用表2所列的典型软土地基作为地质条件，进行微型桩基础的设计计算。

图1 复合型微型桩基础形式

表1 直线塔基础荷载 kN

表2 各土层物理力学性质指标表

以上述荷载条件和地质参数为例，在相同地质条件，相同承载力情况下，采用低承台灌注桩基础与微型桩基础材料量经济指标比较如表3所示。

从表3可看出，相同荷载与地质条件下，微型桩基础较软土地基中常用的灌注桩基础造价低，节约造价约9.0%，具有较好的经济和社会效益。

2 掏挖—岩石锚杆复合基础应用研究

掏挖基础是直接在地基中掏挖基坑，插入钢筋、灌入混凝土而形成的基础。该基础土石方量较小，对地形和植被破坏较小，能充分利用原状土特性，抗上拔承载力强，且可减少基础的侧向变形，浇制混凝土时又不需支模，可缩短工期，降低施工费用。但由于掏挖基础底部扩挖有限，底板直径不宜太大，在基础作用力较大的塔位使用，经济效益不明显。对于岩石锚杆基础一般要求岩石裸露，或覆盖层及风化层较浅，如果岩层很深，就很难使用。

表3 微型桩基础应用技术经济比较

如图2所示，掏挖—岩石锚杆复合基础是掏挖基础与锚杆基础的结合，能够充分发挥两种基础的优点。在覆盖层相对较厚(2 m～4 m)的地质条件，其具有很好的适应性。

图2 掏挖—岩石锚杆复合基础

在相同基础作用力下，以3 m覆盖层为例，采用掏挖—岩石锚杆复合基础与掏挖基础的工程量对比分析。如表4所示，复合型基础可有效减少基础混凝土、钢筋用量以及土石方开挖量，能够节省基础费用约15%。

表4 掏挖—岩石锚杆复合基础与掏挖基础工程量对比

岩石锚杆基础在满足输电线路基础安全、稳定承载时，其设计验算包括锚筋的强度、锚筋与砂浆的粘结承载力、锚杆与孔壁胶结承载力、锚杆与围岩整体抗拔承载力等。

锚杆周边岩体在上拔荷载作用下达到破坏状态，其破裂面一般为倒喇叭且不规则，为方便计算，破裂面简化为以锚杆孔为中心线的倒锥体侧壁曲面(见图3)，锥角为α=90°。由多根锚杆组成的群锚基础，当群锚为正方形布置时取，当群锚桩为圆形布置时，取a等于圆环轴线直径加桩径(见图4)。

掏挖型岩石锚杆复合基础，能够较好地适用于覆盖层在2 m～4 m的岩石地基，基础的经济性较好，但由于锚杆基础对岩石地基的完整度及风化度要求均较高，且施工及检测较为复杂，所以应结合塔位的地质、交通条件因地制宜的采用岩石锚杆复合基础。

3 玻璃钢螺旋锚基础的应用研究

在输电线路的工程建设中，不可避免地要通过淤泥等软弱地质区。这类地区的杆塔基础多采用桩基础，虽然保证了输电线路的安全，但材料用量较多、基坑开挖困难、投资大、工期长、对环境的影响较大［8，9］。

图3 锚杆与岩体整体破坏示意图

图4 群锚计算示意图

目前输电线路使用的螺旋锚基础均为金属材质。金属螺旋锚的使用寿命取决于锚杆的耐腐蚀性，尽管有各式各样的防腐措施，但由于地层和地下水中腐蚀性物质的侵蚀，仍然不能杜绝金属锚杆的腐蚀现象。

玻璃钢螺旋锚基础采用玻璃钢复合材料，可旋转自进到较深土层，钻进过程扰动的圆柱形土体，经过一段时间静置后，其强度将有很大程度恢复，具有施工速度快、无环境污染、不需灌浆和抗拔力大等特点。螺旋锚的埋置深度对上拔受力性能有影响，螺旋锚在砂土中上拔破坏有3种模式(倒圆锥型、局部破坏型和花瓶型)［10］。

3.1 玻璃钢螺旋锚基础

常规螺旋锚基础由一个或几个螺旋片固定在一根钢管轴上组成锚桩，用机械或人工对锚桩施加一定的轴压力和扭矩，将锚桩拧入土中，适用于一般土壤、河网和泥沼地区，但是锚杆长期埋入地下易腐蚀，实际工程中常出现腐蚀性断裂破坏。

玻璃钢螺旋锚基础将锚杆和锚盘采用强质比很高的玻璃钢材质代替常规的钢管材料，材料的抗拉强度大，无蠕变变形。同时，锚杆的长度和锚盘可根据实际下锚情况灵活截取。如图5所示，分别为单锚和多锚基础。

图5 单锚及多锚示意图

3.2 玻璃钢螺旋锚基础优点

1)防腐性能好。因为玻璃钢材质自身具有优良的防腐性能，用作螺旋锚基础时不需额外的防腐措施，有效提高了基础的耐久性。

2)对土体扰动小，能充分发挥原状土的承载力。玻璃钢螺旋锚植入土体后与原状土紧密结合，能够充分发挥原状土承载力高的优势，承担上拔和下压荷载。

3)施工作业面小，能有效减少土方施工;施工速度快，施工不受季节限制，缩短工期80%以上。

4)经济效益和社会效益好。玻璃钢螺旋锚基础结构简单，由于充分发挥原状土承载力，减少了材料消耗;批量生产时造价低;同时机械化施工，技术含量高，减少人工，节能降耗，对周围环境影响较小。

玻璃钢复合材料的质量轻、强度高、蠕变小、切割性能较好、抗腐蚀能力强。玻璃钢锚杆和玻璃钢锚盘不易产生电腐蚀和化学腐蚀，后期维护费用低，且不易老化。同时，玻璃钢材料便于运输和利于实际下锚长度的现场确定。玻璃钢螺旋锚基础可应用于一般土壤、河网、泥沼、沿海滩涂等软弱土壤条件的地区。

［1］ 余桂红，李红超.锚索施工过程中微型桩对滑坡的治理［J］.中国地质灾害与防治学报，2001，12(2):67-69.

［2］ 罗丙圣，叶 毅，张成军.微型压浆桩复合地基的应用研究［J］.土工基础，2001，15(2):1-5.

［3］ 周德培，王唤龙，孙宏伟.微型桩组合抗滑结构及其设计理论［J］.岩石力学与工程学报，2009，28(7):1353-1362.

［4］ 吕凡任，陈云敏，梅英宝.小桩研究现状和展望［J］.工业建筑，2003，33(4):56-59.

［5］ 史佩栋，何开胜.小桩的起源、应用与发展(Ⅰ)［J］.岩土工程界，2003，8(8):18-19.

［6］ 崔政权，李 宁.边坡工程——理论与实践最新发展［M］.北京:中国水利水电出版社，1999.

［7］ 李海光.新型支挡结构设计与工程实例［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［8］ 刘祖德，刘一亮.关于杆塔和拉线基础上拔机理的若干问题［J］.武汉水利电力大学学报，1986(12):108-110.

［9］ 侍 倩，刘一亮，李翠华，等.螺旋锚基础在输电线路中应用的试验研究［J］.武汉水利电力大学学报，1998(9):71-72.

［10］ Ashraf Ghaly，Adel Hanna.Uplift behavior of screw anchors in sand.I:Dry sand［J］.Journal of Geotechnical，1991，117(5): 773-793.

On application of new foundation in transm ission lines

Zhang Li Tang Xiaogang

(Anhui Huadian Engineering Consulting and Design Co．，Ltd，Hefei230022，China)

According to the research on themeasures for the foundation optimization and design for new foundation，the paper studies the foundation forms including screw anchor，micropile，excavation pile，and composite foundation，so as to fit in the new construction environment，lower engineering cost，and shorten the construction cycle.

screw pile，micropile，composite foundation

TU473.1

A

1009-6825(2015)29-0076-03

2015-08-07

张 莉(1985-)，女，工程师; 汤晓刚(1984-)，男，工程师