输电线路杆塔锚杆复合型基础的研究

张 斌，史卫国，闫芳芳

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原030001）

1 引言

我国发电能源集中地区和经济发展地区分布极不平衡，这决定了能源资源须在全国范围内优化配置。随着我国国民经济的快速发展，电力需求的缺口日益增大，而特高压直流线路输电容量大，不仅可以减少输电线路的回路数，节省线路走廊，而且有利于解决短路电流过大超过开关容量极限的问题。发展特高电压输电可使电网更加坚强，并且可以引导电源建设，使我国的资源开发更为合理。

根据已建特高压直流输电线路来看，基础占本体投资的16%左右。特高压直流输电线路的铁塔根开大，而线路大多途径山区山势陡峭，林木茂盛，基础工程造成的环保、水保问题突出。

岩石扩底直锚基础与立柱承台群锚基础的运用能够有效减少工程土石方量和混凝土用量，对保护环境，降低工程投资，保证特高压直流输电线路的长期安全运行具有重大意义。

2 山区岩石锚杆基础类型

针对山区地形及地质差异，为了达到精细化设计，采用不同类型的岩石锚杆基础。山体坡度较缓，岩石微风化，基岩裸露，可采用传统直锚式基础，中风化岩石也可采用扩底直锚式基础；而山体陡峭，岩石风化强烈、覆盖层较厚的特点，可采用立柱承台群锚基础。要达到降低工程造价、保护环境的目标，需要充分发挥已有基础形式的优势。

2.1 立柱承台群锚基础

立柱承台群锚式基础由承台（立柱）、锚筋共同组成受力本体，锚筋可承受弯距叠加产生的附加上拔力，通过合理布置基础立柱，还可以减少水平力产生的弯距影响。承台群锚基础可适用的地质地形范围也广，通过调节立柱高度，可适用有一定覆盖层的岩石地区，也可适用坡度较陡的地段。

各种承台锚杆基础型式示意图如图1。

图1 承台锚杆基础示意图

2.2 岩石扩底直锚基础

岩石扩底直锚基础是常规直锚式基础与直柱掏挖基础形式的组合型基础，该基础与常规直锚式基础的不同之处在于基础下部进行了扩底，见图2、3。同时锚杆上部采用缠绕技术，通过锚杆上部缠绕光滑胶带等方式，加深锚杆有效锚固深度，减少锚桩顶部位移，提高锚桩承载力。

图2 单锚式扩底型式

图3 直锚群桩扩底型式

2.3 掏挖锚杆复合基础

掏挖锚杆复合基础是掏挖基础与岩石锚杆基础联合形成的组合基础（图4）。掏挖锚杆复合基础利用掏挖基础穿过覆盖层或钻孔困难的裂隙较多的岩石地基，直接到达完整的岩石层上，下部的锚杆基础可在基础材料耗量最小的情况下最大限度的发挥岩基的良好的力学性能抵抗上拔作用。而上部掏挖基础也能分担一部分上拔力。

图4 掏挖锚杆复合基础

目前，该基础的荷载传递机理和变形协调机理尚不清晰，尚无成熟的设计计算方法，需要大量的现场真型试验来验证其可行性、合理性和可靠性，

3 山区岩石锚杆基础计算方法

（1）上拔承载力计算

a：立柱承台基础上拔稳定计算

上部承台基础所在地基以坡积土、碎石土为主覆盖层时，按照土重法进行计算上拔稳定。

b：岩石锚杆基础岩石抗剪承载力计算

岩石锚杆基础采用机械成孔，然后将锚杆钢筋直接插入岩孔内，用细石混凝土与基岩粘结成一体，充分利用了岩石自身的强度。岩石锚杆基础是由三种材料（锚杆钢筋、浆体、岩体）两个界面（锚杆钢筋-浆体界面、浆体-岩石界面）组成的系统，针对每种可能出现的破坏模式进行安全性评价，并按照作用力传递的顺序对岩石锚杆基础的承载能力进行计算。

立柱承台群锚基础应该参照群锚基础考虑水平力对下部锚杆基础的单桩上拔力进行修正。

Q—上部承台基础按土重法计算得出的上拔承载力；

n—锚桩数；

MX，My—上部承台基础主柱顶面水平力通过群锚重心的X轴、Y轴的力矩；

Yi，Xi—锚桩i至群锚重心Y轴和X轴的距离。

（2）下压承载力计算

根据地质报告得到fak，依据《架空送电线路基础设计技术规定》［1］（DL/T 5219-2014），其承载力特征值修正后为fa。

a：当轴心荷载作用时：

b：当偏心荷载作用时：

（3）承台底板冲切、剪切强度验算

a：冲切强度验算

1）受立柱冲切承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》［2］5.9.7 条进行计算：

2）受位于柱冲切破坏锥体以外锚桩的冲切承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》［2］5.9.8 条进行计算：

b：剪切强度验算

根据《建筑桩基技术规范》［2］5.9.10 条进行计算：

4 经济技术比较

本论文分析了特高压典型塔型ZC32102AL-60直线塔在不同的地质条件下岩石基础的经济技术指标。

4.1 地质条件1技术经济比较

上层松散土层厚300mm，以下为中风化岩石，岩石完整，无地下水。

根据上述地质条件，岩石基础型式适用于本地质条件，主要有岩石嵌固式基础、常规直锚式基础、扩底直锚式基础。

表1 各基础类型主要指标表

4.2 地质条件2技术经济比较

上层松散土层厚1000mm，以下为强风化岩石，岩石较破碎，无地下水。

根据上述地质条件，岩石基础型式适用于本地质条件，主要有岩石嵌固式基础、传统承台群锚基础、直柱偏心式承台群锚基础。

表2 各基础类型主要指标表

4.3 地质条件3技术经济比较

上层松散土层厚2m，以下为中风化岩石，岩石较完整，无地下水。

根据上述地质条件，岩石基础型式适用于本地质条件，主要有岩石嵌固式基础、传统承台群锚基础、直柱偏心式承台群锚基础。

表3 各基础类型主要指标表

5 结束语

1.上部覆盖层在1m，以下为强风化较破碎的岩石地质条件，直柱偏心承台群锚基础的综合造价低于传统承台群锚基础。

2 上部覆盖层在0.3m，以下为中风化较完整的岩石地质条件，可采用岩石扩底直锚基础，尽管造价与常规岩石直锚基础相当，但是岩石扩底直锚基础的极限承载力增大50%，安全储备大，可考虑在特高压工程中推广使用。

3 上部覆盖层在2m，以下为中风化较完整的岩石地质条件，可采用直柱偏心承台群锚基础，与传统承台群锚基础相比，不仅造价低，而且可调节主柱高度以配合长短腿使用，能减少基面开方量，满足环境保护要求。