某500kV变电站架构人字柱钻孔灌注桩设计

张 甜 李 林

（山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013）

某500kV变电站架构人字柱钻孔灌注桩设计

张 甜 李 林

（山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013）

某 500kV变电站站址场地内粉土层、粉质粘土层压缩性高、承载力较低，粉细砂层埋深大，且存在液化。综合考虑场地地层条件、施工设备、项目工期及工程造价等技术经济因素，站内主要建构筑物基础拟采用钻孔灌注桩基础，本文以站内500kV架构人字柱为例，按规范对钻孔灌注桩进行了设计，以期对类似工程起借鉴之意义。

钻孔灌注桩；架构人字柱；变电站

钻孔灌注桩不受地域、地质条件、气候条件、地下水位高低、桩径大小及桩身长度等条件的限制，具有承载力高、费用低等优点，且能够很好地将上部的荷载传到深层稳定的岩土层上，从而减少基础的沉降和建构筑物的不均匀沉降，近年来逐渐在变电站中得到应用。

1工程概况

某 500kV变电站位于山东省滨州市，站内 500kV配电装置采用户外布置，500kV架构高度 24m，跨度26m，考虑工程场地的地质条件及当地的施工经验，500kV架构人字柱基础选用钻孔灌注桩基础。

2工程地质条件

本工程一共布置45个勘察钻孔。勘察钻孔揭示勘察区域内岩土层情况如表1所示。

表1 土层综合评述表

3钻孔灌注桩设计

根据本工程勘察资料，③粉细砂层承载力高，压缩模量大且无液化，满足钻孔灌注桩的持力层要求。

在进行架构人字柱桩基布置图之前，首先在站址内进行了灌注桩的试桩，确定了钻孔灌注桩桩径为600mm，桩长16.3m（桩长深入③粉细砂层不小于2.4m），考虑场地液化折减，单桩承载力极限值为1100kN。

根据架构人字柱上部结构计算得出的人字柱脚支座处的最不利内力组合的支座反力如表2所示。

表2 人字柱脚支座处的最不利内力组合的支座反力

3.1 桩基布置

架构人字柱下灌注桩桩径600mm，桩长16.3m，桩间距1.80m，桩基承台采用独立4桩承台，桩中心距承台边缘取0.6m。桩基布置图见图1。

图1 桩基布置图

3.2 计算内容

钻孔灌注桩的主要设计计算内容主要包含桩基竖向承载力计算、承台计算(受弯、冲切、抗剪计算)以及桩基沉降计算。

3.3 桩基竖向承载力验算。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）（以下简称《桩基规范》）式5.2.2得出单桩竖向承载力特征值Ra=550.00(kN)。

根据《桩基规范》式5.1.1-1计算轴心荷载作用下桩顶全反力 Nk= 408.54(kN)。

根据《桩基规范》式5.1.1-2计算计算偏心荷载作用下桩顶全反力Nkmax=438.08kN。

根据《桩基规范》式5.2.1-1验算：

轴心荷载作用下桩顶全反力（Nk=408.54kN) ≤ (1.00R=550.00kN) 。

根据《桩基规范》式5.2.1-2验算：

偏心荷载作用下桩顶全反力（Nkmax=438.08kN）≤ (1.20R=660kN) 。

3.4 承台受力计算

(1) 各桩净反力(kN)

根据《桩基规范》式5.1.1-2计算

最大桩净反力=390.69(kN)

(2) 受弯计算

根据《桩基规范》5.9.2第1款，计算承台控制弯矩：

Mx: 503.24(kN.m)

My: 482.90(kN.m)

承台计算配筋：

承台X方向计算配筋Asx: 2700 mm2（按构造配筋）

承台Y方向计算配筋Asy: 2700 mm2（按构造配筋）

(3) 柱对承台的冲切验算

根据《桩基规范》5.9.7 计算

总抗冲切力=2240.27(kN)

(Fl=1421.00kN) ≤ (抗冲切力=2240.27kN)

(4) 桩对承台的冲切验算

根据《桩基规范》5.9.7及5.9.8 计算

#1桩为角桩：

（总冲切力=339.86kN) ≤ (抗冲切力=955.09kN)

#2桩为角桩：

(总冲切力=319.81kN) ≤ (抗冲切力=955.09kN)

#3桩为角桩：

(总冲切力=390.69kN) ≤ (抗冲切力=955.09kN)

#4桩为角桩：

(总冲切力=370.64kN) ≤ (抗冲切力=955.09kN)

(5) 承台抗剪验算:

根据《桩基规范》5.9.10 计算

剪切面 1

剪切面坐标(mm) : (1500,-660)～(-1500,-660)

实际宽度(mm) : 3000 计算宽度b(mm) : 3000

(剪切力设计值=659.67kN) ≤（抗剪切力=2382.55kN）

剪切面 2

剪切面坐标(mm) : (660,-1500)～(660,1500)

实际宽度(mm) : 3000 计算宽度b(mm): 3000

(剪切力设计值=690.44kN) ≤（抗剪切力=2382.55kN）

剪切面 3

剪切面坐标(mm) : (1500,660)～(-1500,660)

实际宽度(mm) : 3000 计算宽度b(mm): 3000

(剪切力设计值=761.33kN) ≤（抗剪切力=2382.55kN）

剪切面 4

剪切面坐标(mm) : (-660,-1500)～(-660,1500)

实际宽度(mm): 3000 计算宽度b(mm): 3000

(剪切力设计值=730.56kN) ≤（抗剪切力=2382.55kN ） (7) 承台受力计算结果

X向主筋配置：

14@160 (2925mm2,0.162%)＞Asx=2700mm2

Y向主筋配置：

14@160 (2925mm2,0.162%)＞Asy=2700mm2

[3]林齐云.钻孔灌注桩的设计与应用[J].工程建设与设计,2006,(7):54-59.

3.5 沉降计算结果

根据《桩基规范》5.5.8 计算桩基沉降计算深度Zn为7.01m。

根据《桩基规范》式5.5.6计算沉降得沉降计算点(x=0.000, y=0.000，z=-18.80)最终沉降量为5.0mm。

(x=0.000, y=0.000)承台沉降量为5.0mm。

3.6 桩身配筋

本工程桩基主要承受竖向荷载，水平荷载和弯矩都比较小，且大部分都有承台传到土中，因此桩身纵筋可按构造配筋，规范规定正截面最小配筋率可取0.65%，则钢筋面积应大于0.65%A=0.00184m2，本工程配配12 18，选用HRB400钢筋。钻孔灌注桩配筋如图3所示。

图3 钻孔灌注桩配筋图

3.7 桩身防腐

根据勘测资料，变电站所处区域常年最高地下水位埋深可达地表，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；地表下 5.00m以上按干湿交替作用条件考虑，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性，5.00m以下按长期浸水考虑，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。因此本工程桩基础设计考虑防腐，具体做法为搅拌混凝土时，按照水泥用量的3%～5%掺钢筋混凝土阻锈剂。钢筋阻锈剂须按照《混凝土外加剂》（GB8076-2008）、《钢筋阻锈剂应用技术规程》（YB/T9231-2009）的有关规定执行。10、钢筋阻锈剂使用过程中，应严格按照确定的量掺入，计量允许偏差为±1 %。该钢筋阻锈剂在与混凝土拌制时与水泥一起掺加，搅拌时间延长1分钟。

4 结语

在变电站工程中，软弱土层、液化土层是常见的地层，合理地运用钻孔灌注桩可以很好地解决工程中的难题。本工程针对软弱土层厚度大、力学性质差、地层中含液化土层等特点，选择力学性质稳定的密实细砂层作为持力层，能够提供高承载力、控制沉降及避免土层液化影响。根据地层条件、施工设备、项目工期以及工程造价确定桩径，根据持力层埋深确定桩长，根据试桩成果确定单桩承载力，进而确定建构筑物桩基布置以及承台的尺寸、配筋及灌注桩的配筋率，最后根据不同的地下水条件确定是否需要考虑桩基的防腐。

[1]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[2]李可,李开洋,陈永前,李凤.利比里亚某港口码头钻孔灌注桩设计及其施工技术[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2014,41(4):67-70.

Design of Bored Pile for a Steel A-Frame Column in a Substation

Zhang Tian，Li Lin
Shangdong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250013，China；

A 500kV substation project,where the silt and silty clay formations have low bearing capacity with high compressibility.Silty-fine sand formations are deep with liquefaction.Considering the factors of stratum conditions, constructuction equipments, project period and project cost,the bored pile is designed according to the related standard.It may serve as a reference for the similar others.

bored grouting pile; A-frame column; substation

TU7

B

1007-6344（2016）09-0065-02

张甜（1983.1-），女，山东省济南市，硕士研究生，工程师，电力土建工程

李林（1981.12-），男，山东省济南市，硕士研究生，工程师，电力土建工程