输电线路岩石嵌固基础选型及施工技术研究

方月舵，郑卫锋，叶 超，王 磊

(1.安徽宏源电力建设投资有限公司，安徽 合肥 231202；2.中国电力科学研究院，北京 1001922；3.中国能源建设集团安徽省电力设计院，安徽 合肥 230601；4.国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230022)

输电线路岩石嵌固基础选型及施工技术研究

方月舵1，郑卫锋2，叶 超3，王 磊4

(1.安徽宏源电力建设投资有限公司，安徽 合肥 231202；2.中国电力科学研究院，北京 1001922；3.中国能源建设集团安徽省电力设计院，安徽 合肥 230601；4.国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230022)

随着输电线路杆塔荷载等级的提高，山区岩石嵌固基础型式从浅埋无配筋坛子型逐渐向有配筋坛子型、直柱扩底掏挖型转变，提出了三种不同型式岩石嵌固基础的适用范围。针对典型强风化软岩地质，开展了不同埋深岩石嵌固基础的现场真型试验，从材料本体用量与施工便利性角度探讨了其经济性。立足设计角度，提出了岩石嵌固基础基坑开挖尽量采用人工开挖与风镐掏挖相结合，原则上不用松动爆破，在岩石强度与交通条件允许时可选用旋挖钻机；施工时基坑坑壁不必特意保持光滑，但坑低扩头直径与高度应严格按照设计进行。

输电线路；岩石嵌固基础；坛子型；掏挖性；直柱型。

1 概述

随着特高压工程快速建设，输电线路基础承受的杆塔荷载越来越大，同时沿线山地地形占比越来越多。以往多采用埋深浅的大开挖基础，依靠自身重量抵抗上部杆塔荷载，其环保性差且施工材料运输相当困难。大荷载条件下，岩石基础可有效利用岩石结构自身强度，减少土石方开挖量，是一种经济性好的环保基础型式。

岩石基础包括岩石锚杆基础与岩石嵌固基础。在特高压工程中遇到强度高硬岩或微风化软岩，选用承台嵌入式的岩石锚杆群锚基础；在全风化硬岩或强风化～中等风化软岩时，可采用岩石嵌固基础，条件允许时，岩石嵌固基础可采用旋挖钻施工，施工尺寸应满足输电线路全过程机械化施工研发的旋挖钻机机具性能。

目前，大荷载条件下的岩石嵌固基础的选型、施工方法尚无统一的定义与模式，为此针对山区岩石嵌固基础，从基础型式、经济性及施工角度进行研究，为其在特高压工程中应用提供参考。

2 定义与类型

规程规定，岩石嵌固基础是自利用机械或人工在岩石地基中直接钻或挖成所需的基坑，将钢筋骨架和混凝土直接浇筑于岩石基坑内而成的岩石基础。

以往低电压等级时，岩石嵌固基础主要适用于强风化岩石条件，将地脚螺栓直接浇筑于坡度1/6～1/8的混凝土墩内，埋深较浅、承载力较低，一般适用于220kV及其以下自立式杆塔基础，见图1(a)，在哈密－山北220kV双回路输电线路、潮湖－大峰110kV送电线路工程中等到应用。

随着电压等级提高，基坑加深，需配置钢筋笼，可有效提高其承载力，一般适用于750kV、500kV的输电线路工程中，见图1(b)，在750kV永登－白银双回输电线路工程中采用了93基。

在特高压工程中，为满足大荷载的要求，基坑侧壁若仍按1/6～1/8坡度开挖，施工将更加困难，因此在基础上部截面为圆形，底部进行扩头，如同土体内的掏挖基础型式相同，立柱部分配筋、底部扩头部分不配筋，见图1(c)，亦称为“Y型岩石嵌固基础”。

图1 岩石嵌固基础类型

3 经济性研究

在某强风化－中等风化泥质砂岩地质条件，开展了直柱型岩石基础、坛子型岩石基础、掏挖型岩石基础的现场真型试验，见图2。相同埋深时，坛子型基础与掏挖型基础的上部直径、下底直径相同，直柱型基础的立柱直径与坛子型基础底部直径、掏挖型基础扩底直径相同。

表1为现场试验岩石基础的设计尺寸表，图3为不同类型岩石基础的承载力规律曲线。图3(a)为不同埋深、不同基础型式的极限上拔承载力规律图。从图中可以得出，相同深度条件下直柱型基础的承载力最强，坛子型与掏挖型的上拔承载力基本相同。

图3(b)为单位混凝土的承载性能关系曲线，即将极限承载力除以基础混凝土体积所得的值。埋深较浅时，单位混凝土的承载能力方面，坛子型与直柱型基本相同，坛子型总略高于直柱型；而掏挖型表现出明显优势，特别是埋深越深，其优势越明显。

图2 现场试验的岩石基础型式

表1 现场试验的岩石基础尺寸

图3 不同类型岩石基础的承载力规律

综上所述，埋深相同的坛子型与掏挖型岩石嵌固基础的极限上拔承载力基本相同，但掏挖型基础的本体混凝土量较小，因此其单位体积混凝土能提供的承载性能要明显高于坛子型，基础越深现象越显著。因此，低电压等级时浅埋深条件下(埋深不大于2 m)，坛子型基础不需要配筋，可考虑采用；但高电压等级埋深较深时(埋深超过5 m)，应采用掏挖型岩石嵌固基础。

4 施工技术

岩石嵌固基础基本在塔腿小基面上就地开挖，通过铁塔长短腿和调节主柱高度使塔脚平面保持水平，相比于大开挖基础减少了开挖量和运输量，其挖方弃渣量亦显著减小。在混凝土浇筑时，岩石嵌固基础不用模板和二次回填，同时混凝土可直接与坑壁结合，增加了与周围岩体的粘合力。因此，采用岩石嵌固基础在技术上安全可靠，在经济上降低造价，在环保上减少了弃渣排放，是一种经济环保型的基础型式。

为保证岩石嵌固基础与周围岩体间的粘合力，在基坑开挖方式与施工质量控制方面要加以重视。

4.1 基坑开挖方式

基坑可采用人工开凿和机械开挖，原则上尽量少用炸药爆破。

人工开凿，主要使用十字镐、铁锹、钢钎、钻子、榔头，打一层清一层；人工开凿速度慢，成本高，如在750kV永登－白银双回输电线路工程中的岩石嵌固试验基础开挖时，埋深3 m、混凝土量3.4 m3的基坑通过人工开凿开挖了15 d，效率低。

风镐掏挖，用空压机带动风镐，通过尖状钻头进行打击，若遇到风镐难以挖动的岩石，建议增加空压机功率与数量提高其适用性。

松动爆破，必要时采用少量炸药放小炮进行松动，其效果是打闷炮，使其底部岩石松动，再用人工清理；松动爆破的优点是进度快、成本较低，缺点是存在安全风险。目前在客观现实中存在炸药难以购买、放炮量往往偏大导则坑壁松动等情况，因此在基坑开挖时应尽量避免放炮。

人工开挖基坑过程的安全性需要高度重视，对表层风化严重的岩石基础应在坑壁处设置护壁。针对人工开凿效率低下，目前结合全过程机械化施工建设体系，国家电网公司研发的旋挖钻机具备钻进岩石能力，有效提高了岩石基坑开挖效率、降低了人工开挖安全隐患。对于掏挖型岩石嵌固基础，在岩石饱和单轴抗压强度不大于10 MPa时且交通便利时，建议优先选用履带式旋挖钻机机械进行基坑开挖，基底扩底直径不应大于1.5倍立柱直径。

4.2 施工质量要求

岩石嵌固基础对施工质量有严格的要求，特别是在基坑掏挖成孔的过程中，必须保证不破坏岩体结构的整体性，保持孔壁及周围岩体的地质原状，以达到充分利用周围岩体的力学性质，确保基础的上拔稳定。

不论人工开凿、风镐开挖或送到爆破，严格保护基坑的坑壁，不需要修凿坑壁至光滑状态，亦不允许任意扩大坑壁宽度。开挖至基底时，要严格按照设计尺寸进行开挖，特别是掏挖型岩石嵌固基础，要保证底部扩底尺寸与扩底高度，以保证扩头有足够的抗冲切强度，扩头尺寸不允许超挖。

基坑混凝土一定要浇筑成型，特别是坑口部位要进行防风化处理。塔基要因势设置排水沟与散水坡，做好基面排水，阻止雨水渗入基坑破坏其稳定性。

5 结论

(1)岩石嵌固基础适用于在全风化硬岩或强风化－中等风化软岩，包括不配筋的浅埋坛子型、配筋的坛子型、掏挖型等3种类型。

(2)根据岩石基坑开挖形状的难易程度，综合经济性，埋深小于2 m时采用坛子型岩石嵌固基础，埋深在2～5 m时采用配筋坛子型或掏挖型岩石嵌固基础，埋深超过5 m后采用掏挖型岩石基础。

(3)岩石嵌固基础的基坑开挖推荐采用人工开凿与风镐掏挖，交通允许时可选用旋挖钻机，原则上不选用松动爆破。

(4)岩石嵌固基础的基坑开挖坑壁不必保持光滑，基坑扩头直径与高度严格按照设计进行。塔基做好防风化处理与排水方案。

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Type Selection and Construction Technology of Rock Embedded Foundation in Transmission Line

FANG Yue-duo1,ZHENG Wei-feng2,YE Chao3,WANG Lei4
(1. Anhui Hongyuan Electric Power Construction Inverstment Co.,Ltd. Hefei 231202,China;2. China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China;3. Ahhui Electric Power Design Institute of China Energy Engineering Group,Hefei 230601,China;4. State Grid Anhui Electric Power Company,Hefei 230022,China.)

With the increase of tower load in transmission line,the three different types of rock embeded foundation are put forward,including shallow jar shape with no main reinforcement bar,deep jar shape with main reinforcement bar and extra-deep digged shape. The scope of application to rock embeded foundation is concluded. In view of the typical strong weathered soft rock geology,the field tests of different deep rock embeded foundation have been finished. Based on the material body content and construction convenience,the economical efficiency of rock embeded foundation is discussed. Considering rock embeded foundation bearing capacity from design,the foundation pit should be hand-excavated,combining with the hammer.In principle the loose blasting are not allowed. Rotary drilling rig can be selected to rock strength and traffic conditions permitting. The foundation pit do not have to deliberately maintain smooth,but the pit expanding bottom diameter and height should be carried out stricly accordance with the design.The research concludtion will be valuable for the widely application of rock embeded foundation in transmission line engineering.

transmission line; rock embedded foundation; type selection; jar type; excavated type; straight column type.

TU4

B

1671-9913(2017)05-0010-04

2016-05-31

方月舵(1966- )，男，安徽淮南人，工程师，主要从事输电线路施工技术管理工作。

国家电网公司科技项目(GCB17201400135)