基于线路设计软件计算的掏挖基础上拔稳定的讨论

佟　年

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安　710065)



基于线路设计软件计算的掏挖基础上拔稳定的讨论

佟年

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安710065)

摘要：针对架空送电线路基础设计技术规定新旧规范中“剪切法”计算模型的差异化导致掏挖基础结构设计尺寸大小不一的问题，从计算模型与各线路基础设计软件应用的角度，讨论了采用“剪切法”不同计算模型对上拔极限承载力的影响，最后通过掏挖基础在各设计软件中的计算结果比对得到：以新规DL/T5219—2014“剪切法”计算模型为核心的D-software设计结果可靠度较高、经济性较好。

关键词：输电线路；掏挖基础；上拔稳定；极限承载力；计算模型

1相关概念

抗拔稳定计算是输电线路杆塔基础设计的一项重要内容，通常采用“土重法”或“剪切法”计算。“土重法”主要应用于大开挖类基础的上拔稳定计算，“剪切法”主要应用于掏挖基础的上拔稳定计算。“上拔角”是“土重法”计算抗拔承载力的核心，“无因次数”是“剪切法”计算抗拔承载力的核心。

2掏挖基础设计中主要问题分析

DL/T 5219—2005《架空送电线路基础设计技术规定》[1](以下简称“旧技规”)中提到“剪切法”主要采用无因次数曲线进行计算，而条文说明中同时给出了“剪切法”的理论计算模型，在DL/T 5219—2014[2](以下简称“新技规”)中，“剪切法”主要采用新理论计算模型。目前由于各线路基础设计软件“剪切法”计算模型的差异化导致了掏挖基础结构设计尺寸大小不一，表1给出了各线路基础设计软件“剪切法”的主要计算模型。

表1　各线路设计软件“剪切法”的计算模型表

(1) 计算模型1中，掏挖基础抗拔承载力主要是通过无因次数A1、A2随深宽比H/D和内摩擦角φ变化的曲线来确定。当内摩擦角φ≥20°时，曲线中未给出无因次数A1、A2的取值，但可根据A1曲线变化趋势判断A1取值将趋向于0。

(2) 计算模型2[3-5]中，“旧技规”[1]条文说明第6.2条中给出了“剪切法”通用原型计算公式，该公式为一个多项式，未给出无因次数A1、A2具体表达式。根据文献[3]可知，该原型公式可通过“归一化”处理得到对应于“旧技规”中“剪切法”的计算参数A1、A2的公式，当H/D一定时，A1随φ增大而增大，与“旧技规”中的A1曲线变化趋势相反。当φ≥20°时，A2理论值与查图值存在很大差异，A2理论值大于查图值。由“归一化”处理的A1、A2计算得到的抗拔剪切阻力理论值大于查图计算值，见图1。文献[3]最终通过试验值与理论值的对比得到，采用计算模型2得到的上拔极限承载力与试验值具有较好的吻合性。

图1　计算模型1与计算模型2结果对比情况图

(3) 计算模型3中，抗拔承载力由基础混凝土自重、滑动面上剪切阻力的垂直分量及抗拔土体圆弧滑动面内抗拔土体重量3部分组成，而在“旧技规”中基础抗拔承载力仅由混凝土自重及滑动面上剪切阻力的垂直分量2部分组成。同时，“新技规”引入了与圆弧滑动面内土体自重有关的无因次数A3。

3不同设计条件下各计算模型的计算结果对比

3.1不同计算模型极限上拔承载力的计算结果对比

设定设计计算条件1：基础结构尺寸和上拔力设计值相同(见表2)，比较在内摩擦角不同情况下，不同计算模型的极限上拔承载力之间的相对关系。

表2　设计计算条件1表

以某工程110 kV双回路直线塔型为例，在基础设计荷载和除内摩擦角以外其他地质参数相同的情况下，分别用S-software、B-software和D-software按设计条件1进行验算，计算结果参见表3。

表3　各线路设计软件上拔稳定计算结果对比表

通过表3数据可以看出：随着内摩擦角的增大，S-software极限上拔承载力呈现先递减再增加的趋势，B-software极限上拔承载力呈现逐渐递增的趋势，且当内摩擦角一定情况下，B-software极限上拔承载力计算值大于S-software极限上拔承载力计算值，相对百分比在13%～53%之间。这些变化趋势与文献[2]中查图值和理论值的变化趋势趋于一致，由此说明采用计算模型2的B-software计算结果相对准确。

D-software和B-software极限上拔承载力计算值均与内摩擦角呈正相关性变化，且当内摩擦角一定时，D-software极限上拔承载力计算值较S-software极限上拔承载力计算值降低9%左右，这体现出 “新技规”中新增加的无因次数A3对于极限上拔承载力的影响，该参数考虑了圆弧滑动面内土体自重对剪切阻力的影响，抗拔承载力计算值较“旧技规”值略有降低，保证了工程设计的可靠性。

3.2各设计软件的结构设计尺寸及其经济性对比

设定设计计算条件2：内摩擦角、上拔力设计值相同(见表4)，比较不同计算模型计算出的结构设计尺寸及其经济性。

表4　设计计算条件2表

在地质参数取值及基础设计荷载相同的条件下，用各线路基础设计软件对某工程的220 kV直线塔进行掏挖基础设计，设计过程中保证设计裕度值在1%左右，计算结果参见表5。

表5　各线路设计软件上拔稳定计算结果对比表

纵向对比设计计算结果可以看出，S-software设计出的掏挖基础结构尺寸偏于保守，混凝土用量及钢筋用量偏高，这说明采用计算模型1设计掏挖基础时，将导致掏挖基础的材料浪费及综合造价偏高。对比B-software和D-software的设计结果，二者在结构设计尺寸上相当，由于采用计算模型3设计掏挖基础时，抗拔承载力较计算模型2降低9%左右，导致D-software较B-software混凝土方量略有增加，但从经济性的角度看，二者的综合造价相差不大。

4结语

对应用比较广泛的铁塔掏挖基础，本文通过采用“剪切法”的不同计算模型的铁塔基础设计软件计算，可得到以下结论：

(1) 计算模型1在计算抗拔承载力时，计算结果偏大，而采用计算模型2时，其计算结果相对准确，在设计条件相同的情况下，由于计算模型3考虑了圆弧滑动面内土体自重对土体剪切阻力的影响，抗拔承载力计算值较计算模型2降低9%左右。

(2) 采用计算模型1进行掏挖基础设计结果偏于保守，综合造价偏高。采用计算模型3与计算模型2相比，掏挖基础结构设计尺寸相当，混凝土方量稍有增加，综合造价相差不大，更好地兼顾了工程设计的经济性及可靠性。

参考文献:

[1]DL/T5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2005.

[2]DL/T5219-2014,架空送电线路基础设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2014.

[3]鲁先龙.《架空送电线路基础设计技术规定》中基础抗拔剪切法计算参数A1和A2的研究[J].电力建设，2009(30):12-17.

[4]LU Xian-long，CUI Qiang．The bearing capacity character of enlarged base shallow foundation under uplift load[C].//Volumes 243-249 of Advanced Materials Research.2011International Conference on Civil Engineering, Architecture and Building Materials(CEABM20I 1),June,18-20,2011，Haikou，China．Tram Tech Publicationshd，CH-8635 Durnten-Zurich，Switzerland，and TramTeeh Publications Inc，Enfield NH 03748,USA.2011:2151-2156.

[5]鲁先龙,程永锋,张宇.输电线路原状土基础抗拔极限承载力计算[J].电力建设,2006,27(10)：28-32.

Study on Stability Against Uplift on Excavated Foundation Calculated by Software of Transmission Line Design

TONG Nian

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065,China)

Abstract:The difference of the calculation model of Shear Method specified in both original and revised specification for foundation design of the overhead transmission line results in different design size of the excavated foundation structure. In terms of calculation model and application of the foundation design software, influences on the ultimate uplift bearing capacity by the different calculation models of the Shear Method are studied in the paper. Through comparison of the calculations of the excavated foundation in various design software, it demonstrates that the design by D-software with the calculation model of the Shear Method specified in the revised specification DL/T5219-2014 is high in reliability and better in economy.

Key words:transmission line; excavation foundation; stability against uplift; ultimate bearing capacity; calculation model

中图分类号：TM753

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.019

作者简介：佟年(1987- )，男，吉林省四平市人，助理工程师，从事输电线路结构设计及研究工作.

收稿日期：2015-12-20

文章编号：1006—2610(2016)02—0070—03