徐 彬，曾二賢，白 強，胡 超

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

陡峭山區(qū)輸電線路新型子母基礎設計

徐 彬，曾二賢，白 強，胡 超

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

針對陡峭山區(qū)傳統(tǒng)掏挖基礎頂面水平位移難以滿足要求的問題，結合工程實際，本文提出了新型子母基礎型式。作為一種全新的基礎型式，本文對其結構特點、結構設計方法進行了探索，并對其適用條件、經濟性和施工注意事項進行了分析。結果表明，新型子母基礎受力良好，經濟性優(yōu)，建議推廣應用。

陡峭山區(qū)；子母基礎；輸電線路。

隨著我國電力建設的快速發(fā)展，輸電線路走廊越來越緊缺，山區(qū)輸電電路大多位于海拔較高、地勢陡峭的地區(qū)，塔位條件越來越惡劣?，F(xiàn)有常規(guī)設計往往采用鐵塔全方位長短腿與不等高基礎的配合，可以一定程度上避免施工大量開方而出現(xiàn)的高邊坡問題。但是基礎主柱懸臂露高過大，基礎頂端位移變形很大，難以滿足設計安全和施工的要求。

針對上述傳統(tǒng)方法存在的問題，結合工程實際，本文提出了一種新型子母基礎型式，對其結構特點、結構設計方法進行了探索，并對其適用條件、經濟性和施工注意事項進行了分析，以期能夠有效控制基礎頂端位移的同時，克服經濟性差和施工難度大的缺點。

1 子母基礎方案的提出

當?shù)匦味盖蜁r，由于鐵塔減腿不夠，為了減少開方，與鐵塔相連的基礎主柱必須增加露高才能滿足要求。然而，當主柱露高太大時，將因偏心彎矩的增大導致母基礎主柱截面和鋼筋量都很大。

為適應陡峭地形，近年來國內提出了許多解決方案但存在一些缺點，未能廣泛應用。

子母基礎是一種帶連梁的框架結構基礎體系，與鐵塔塔腿相連的常規(guī)掏挖基礎稱之為“母基礎”，在母基礎和中心樁連線上一定位置設置的輔助的構造掏挖基礎稱之為“子基礎”，子基礎和母基礎通過連梁連接形成框架結構基礎體系，整個系統(tǒng)稱之為“子母基礎”。子母基礎的示意圖見圖1。

圖1 子母基礎示意圖

2 子母基礎結構設計

2.1 計算假定

子母基礎整理按照結構力學中框架結構進行荷載分配，見圖2。子母基礎框架結構體系中，遵循如下假定：

(1)母基礎通過地腳螺栓或插入式角鋼與上部輸電塔鋼桁架相連接，直接承受輸電塔傳遞過來的上部荷載。

(2)母基礎主要承擔豎向基礎作用力。

(3)構造子基礎和主平面支撐連梁主要承擔水平基礎作用力。

(4)子基礎提供約束剛度，假定為支座。

圖2 子母基礎協(xié)同受力示意圖

2.2 結構設計

子母基礎主要組成部分為母基礎、子基礎和連梁，應分別進行結構設計。

2.2.1 母基礎設計

由于母基礎主要承擔豎向基礎作用力，因此母基礎設計時主要計算基礎的上拔和下壓承載力，其計算方法與普通掏挖基礎一致。

2.2.2 子基礎設計

子基礎主要承受由連梁傳遞而來的水平力，在整個體系中主要扮演著支座的角色，以約束母基礎的頂端位移。因此子基礎設計時主要考慮如下幾個方面：

(1) 子基礎的抗傾覆穩(wěn)定計算。

(2)子基礎的水平承載力及位移計算，按照剛性樁進行計算。

(3)子基礎計算注意事項和構造要求。

2.2.3 連梁設計

連梁主要依據(jù)我國《混凝土結構設計規(guī)范》，《建筑抗震設計規(guī)范》等進行截面驗算和鋼筋計算，同時構造要求應滿足上述規(guī)范要求。

為了保證連梁和基礎的可靠連接，可在連梁與母基礎和子基礎相連接處采用加腋加強處理等其他構造措施。

3子母基礎的適用條件

為得到子母基礎的適用性，需進一步對常規(guī)基礎露高與基礎地面處水平位移的關系進行分析。根據(jù)我國《架空輸電線路基礎設計技術規(guī)程》和工程實踐經驗要求，常規(guī)掏挖基礎地面處水平位移限值為10 mm。以某500 kV輸電線路工程為例，利用有限元軟件ABAQUS對常規(guī)基礎進行了三維建模分析，見圖3。

圖3 常規(guī)掏挖基礎數(shù)值分析示意圖

分析的參數(shù)為：基礎水平合力：H＝310 kN，基礎直徑為1.8 m，基礎埋深7 m?；A混凝土采用線彈性本構，參數(shù)按C25取值。土體屈服準則采用Mohr－Coulomb準則。材料參數(shù)見表1。

表1 材料參數(shù)

通過數(shù)值建模計算，圖4為基礎不同露高值情況下的基礎地面水平位移值。

從圖4可知，當基礎露高不超過3 m時，常規(guī)掏挖基礎的位移可以滿足要求。當基礎露高大于3 m并小于5 m時，常規(guī)掏挖基礎無法滿足位移要求，工程中常見的是設計特殊基礎，即加大基礎截面并增加埋深，特殊基礎的經濟性并不好。當基礎露高大于5 m時，基礎地面處的水平位移達到限值的2～3倍，特殊基礎的截面和埋深將大幅增加，經濟性較差，此時可以考慮采用子母基礎設計方案。

圖4 不同露高下的基礎地面水平位移值

4 經濟性分析

4.1 計算條件

為了考察子母基礎體系的經濟性，以某500 kV輸電線路工程某基塔為例，扣除基礎地面以下的變形，假定地面基巖處為上部懸挑部分的剛性約束點，力學計算模型見圖4。

基本輸入參數(shù)如下：豎向壓力：N＝1698 kN；水平合力：H＝374 kN；混凝土材料：C25；鋼筋材料HRB400。為便于分析，同時對常規(guī)掏挖基礎進行了分析計算。

4.2計算結果

經過計算分析，子母基礎尺寸：母基礎直徑D＝1.8 m，L1＝6.7 m；子基礎直徑D1＝1.2 m，L3＝1.8 m；連梁寬×高＝0.6 m×1.3 m，連梁長度5 m，其計算結果與常規(guī)基礎的計算結果的比較見圖5。由圖5可以看出，子母基礎相對于常規(guī)掏挖基礎而言，混凝土量節(jié)省約17.1%，鋼筋節(jié)省約24%，土方節(jié)省約23%，經濟性較好。

圖5 子母基礎與常規(guī)基礎經濟性比較

5 施工方案

子母基礎施工流程為基礎分坑、土石方施工、基坑操平找正、鋼筋綁扎、試塊制作、塌落度檢查、模板工程、地螺找正、混凝土攪拌、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護、拆模、基坑回填等步驟。

子母基礎施工注意事項如下：

(1)桿塔基礎在澆制前應全面復測，核對桿塔中心位置與相對距離、高差是否對設計相符，對基礎型式、根開尺寸、地腳螺栓間距、方向、規(guī)格等各部核對無誤方可開澆。

(2)母基礎和子基礎以及連梁的相對位置關系應正確，在定位確定前嚴謹開挖。

(3)澆制基礎前施工人員應會同現(xiàn)場監(jiān)理人員一起對澆制基礎的鋼筋規(guī)格、數(shù)量進行全面的檢查驗收。該項目為澆制基礎的質量見證點。

(4)先進行母基礎的開挖，后進行子基礎的開挖，基礎開挖時盡量不要開方，以免擾動子基礎周圍土體。

6 主要結論

通過提出陡峭山區(qū)新型子母基礎型式，并對其進行設計和應用研究，主要得出如下結論：

(1)新型子母基礎結構由母基礎、子基礎和連梁三部分組成。

(2)新型子母基礎能夠最大程度減少了母基礎頂部位移，有效降低母基礎的偏心彎矩，減少混凝土用量。

(3)新型子母基礎的結構設計采用一般的結構力學和混凝土結構設計理論。

(4)當基礎露高大于5 m時，基礎地面處的水平位移達到限值的2～3倍，特殊基礎的截面和埋深將大幅增加，經濟性較差，此時可以考慮采用子母基礎設計方案。

(5)與傳統(tǒng)掏挖基礎相比，子母基礎經濟性較好，建議推廣應用。

(6)子母基礎在施工時具有獨特的特點，應采取相應措施保證施工質量。

[1] 杜國良，鄭衛(wèi)鋒，劉偉．帶翼板挖孔樁基礎在陡峭山區(qū)的應用研究[C]//第四屆全國架空輸電線路技術交流研討會論文集，2013．

[2] 魯先龍，程永鋒，乾增珍．輸電線路斜坡地形原狀土基礎抗拔計算理論研究[J]．電力建設，2009，30(2)．

[3] 郭曉俊．原狀土基礎在山區(qū)輸電線路中的應用[J]．云南電力技術，2010，39(5)．

[4] 曾二賢，等．山區(qū)輸電線路的環(huán)保設計和措施研究綜述[J]．電力勘測設計，2014，(1)．

[5] GB 50010－2010，混凝土結構設計規(guī)范[S]．

[6] GB 50011－2010，建筑抗震設計規(guī)范[S]．

[7] DL/T 5219－2014，架空輸電線路基礎設計技術規(guī)程[S]．

Design of New Child-mother Foundation of Transmission Line in Precipitous Mountain Area

XYU Bin, ZENG Er-xian, BAI Qiang, HU Chao
(Central Southern China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group, Wuhan 430071, China)

For top horizontal displacement of conventional shaft foundation in precipitous mountains difficult to satisfy the requirements, combined with the engineering practice, this paper presented a New Child-Mother Foundation. As a new foundation type, this paper explored the structural characteristics plus the structural design method, and carried on the applicable condition and economic analysis plus matters needing attention in construction. The results showed that the forced performance and the economy of the New Child-Mother Foundation were good, and thus this paper suggested the popularization and application. of this foundation.

precipitous mountain area; child-mother foundation; transmission line.

TU75

：B

：1671-9913(2017)01-0055-04

2015-11-12

徐彬(1978- )，男，湖北洪湖人，碩士，工程師，從事輸電線路結構設計和研究工作。