蒲 凡，劉洪昌，姜雅辛，楊 洋

（中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021）

0 引言

750 kV南疆巴楚—喀什輸電線路工程沿線地區(qū)屬標(biāo)準(zhǔn)的大陸性氣候特點(diǎn)，氣候干燥、降水量小、蒸發(fā)量大，屬我國新疆典型的鹽漬土分布地帶，工程區(qū)普遍發(fā)育鹽漬土，鹽漬土類型主要為中硫酸鹽漬土、中亞硫酸鹽漬土，根據(jù)其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性按Ⅲ類環(huán)境類型考慮。

地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度0.3 g，規(guī)程規(guī)定［1］，8度及以上地區(qū)220 kV及以上耐張型桿塔的基礎(chǔ)，當(dāng)場地為飽和砂土或飽和粉土?xí)r，應(yīng)考慮地基液化的可能性，并應(yīng)采取必要的穩(wěn)定和抗震措施。

選取該工程中既有強(qiáng)腐蝕又有地震液化現(xiàn)象的地基，設(shè)計(jì)中考慮對(duì)基礎(chǔ)的防腐，根據(jù)地基液化程度采取消除或者部分消除地基液化措施。

1 強(qiáng)腐蝕地基對(duì)基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的影響

表1 地基土巖溶性評(píng)價(jià)

表2 地基液化等級(jí)判別

鈣礬石結(jié)合了大量結(jié)晶水，使固相體積增大，形態(tài)主要為針狀結(jié)晶，四向放射，只是混凝土結(jié)構(gòu)破壞，形成裂紋，使得地基土中的Cl-離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)中，腐蝕鋼筋。

《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］規(guī)定以離子腐蝕為主的地基，混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C40，提高混凝土的抗裂性能，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)表面進(jìn)行防護(hù)。

基礎(chǔ)防腐蝕主要措施包括控制混凝土標(biāo)號(hào)和水膠比、增加基礎(chǔ)保護(hù)層厚度、摻入抗硫酸鹽外加劑、基礎(chǔ)外表面涂刷防腐涂料、采用防腐土工布等措施。

2 地質(zhì)條件及液化判別

該工程存在嚴(yán)重液化的塔位，抗震設(shè)防烈度為8度，地震加速度為0.3 g，設(shè)計(jì)地震分組為第3組，地質(zhì)條件為粉土粉砂，標(biāo)貫試驗(yàn)液化判別見表2。

表2中地基經(jīng)標(biāo)貫試驗(yàn)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］4.3.5 條判別 IlE=22.4＞18 為嚴(yán)重液化。此類地基在地震作用下地基土中孔隙水壓力驟然上升，孔隙水壓力來不及消散，使得原來由砂粒通過其接觸點(diǎn)所傳遞的有效壓力減小，當(dāng)有效壓力完全消失時(shí)，砂層會(huì)完全喪失抗剪強(qiáng)度和承載能力，變成像液體一樣的狀態(tài)，地基承載力迅速下降，造成基礎(chǔ)沉降，將會(huì)對(duì)該工程造成不可估量的損失。

《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］規(guī)定：對(duì)位于地震烈度8度及以上的地區(qū)，且場地為飽和砂土和飽和粉土?xí)r，應(yīng)考慮地基液化的可能性，地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)考慮適當(dāng)?shù)目挂夯蛳夯胧??？挂夯胧┌凑仗幚韺?duì)象可分為兩大類：一類是地基處理，消除或者部分消除液化影響，輸電線路常用的有換填法、加密法；另一類是穿透液化層，允許發(fā)生液化，主要采用樁基礎(chǔ)法［6－7］。

3 強(qiáng)腐蝕地區(qū)地震液化地基的基礎(chǔ)選型及地基處理措施

3.1 地震作用基礎(chǔ)作用力計(jì)算

根據(jù)上述分析，選取巴楚—喀什終端塔JD-33對(duì)其進(jìn)行地震作用下的基礎(chǔ)作用力計(jì)算和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。水平地震動(dòng)峰值加速度為0.3 g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為2組，Ⅲ類場地類別，阻尼比0.04，根據(jù)工程重要性，考慮為丙類建筑。在X和Y兩個(gè)主軸方向的水平地震作用力，通過振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算。先考慮地震波對(duì)桿塔的影響，然后和其他外荷載產(chǎn)生的影響進(jìn)行荷載效應(yīng)組合的方式，公式如下：

式中：F為地震組合作用力；SGE為重力荷載代表值；SEHK為水平地震作用；SEQK為豎向地震作用；SWK為風(fēng)荷載；γG、γEHK、γEQK、γWK分別為相對(duì)應(yīng)荷載分項(xiàng)系數(shù)。

通過ANSYS時(shí)程分析計(jì)算得到多遇地震和設(shè)防地震下該塔型的SEHK，再與通用軟件計(jì)算的SGE、SEQK和SWK進(jìn)行匯總，得到多遇地震和設(shè)防地震下基礎(chǔ)作用力。

表3 多遇地震作用下基礎(chǔ)作用力 kN

表4 設(shè)防地震作用下基礎(chǔ)作用力 kN

從表3~4可以看出，多遇地震作用下基礎(chǔ)作用力約為最大基礎(chǔ)作用力的40%，設(shè)防地震作用下基礎(chǔ)作用力約為最大基礎(chǔ)作用力的60%，基礎(chǔ)承載力計(jì)算時(shí)可不考慮地震作用。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

該工程有嚴(yán)重地震液化的塔位同時(shí)具有強(qiáng)腐蝕性，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮基礎(chǔ)的防腐蝕性，同時(shí)需要消除地震液化的影響?？紤]“裹體灌注樁”、“聯(lián)合板式基礎(chǔ)”和“大板基礎(chǔ)+碎石樁”3種方案。

方案一?！肮w灌注樁”為高強(qiáng)防腐布袋裹體灌注樁?；炷凉w樁的包裹材料采用“二布一膜”復(fù)合土工布方案，復(fù)合土工布可提高土工布與土相互作用摩擦阻力，同時(shí)提高土工布與混凝土粘合力；中間土工膜起到隔水和阻水作用。此方案優(yōu)點(diǎn)為工程量小、耐腐蝕、防滲透性強(qiáng)，缺點(diǎn)為復(fù)合材料施工時(shí)易損壞、檢測復(fù)雜。

方案二?！奥?lián)合板式基礎(chǔ)”亦可在基礎(chǔ)表面涂刷HCPE等防腐涂料，基礎(chǔ)為一個(gè)整體，降低了對(duì)不均勻沉降的敏感性，可減輕液化的影響。此方案優(yōu)點(diǎn)是施工方便、受力清晰，缺點(diǎn)是基礎(chǔ)工程量大，造價(jià)高。

方案三?！按蟀寤A(chǔ)+振沖碎石樁”，采用振沖碎石擠密消除地基液化影響，增強(qiáng)地基承載力，板式基礎(chǔ)充分利用底板上土體的自重及粘聚力，滿足上拔和下壓承載力，對(duì)基礎(chǔ)表面涂刷HCPE等防腐涂料，增強(qiáng)基礎(chǔ)的耐腐蝕性。此方案的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、施工便利，缺點(diǎn)是地基處理面積較大。

對(duì)3個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比較見表5。采用“大板基礎(chǔ)+碎石樁”經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，同時(shí)此方案為基礎(chǔ)采用大開挖方式，對(duì)于粉土粉砂地基可以降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

表5 不同地基液化處理方案比較

4 碎石擠密地基液化設(shè)計(jì)方案

4.1 碎石樁復(fù)合地基參數(shù)設(shè)計(jì)

擠密范圍。地基處理范圍考慮該工程的重要性和場地條件，在基礎(chǔ)外邊緣擴(kuò)大3~4排樁。

樁徑。根據(jù)南疆地區(qū)常用擠密樁施工設(shè)備調(diào)查，該工程采用沉管法成樁，選取0.4 m樁徑，易成樁，同時(shí)具有較好的施工經(jīng)驗(yàn)。

樁位布置。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底板為6.2 m×6.2 m，可采用等邊三角形布置，根據(jù)對(duì)已處理樁間土的試驗(yàn)，處理后的孔隙比e1取0.65，《勘測報(bào)告》取土的天然孔隙比e0為0.8。本工程樁徑取400 mm，樁間距不宜大于樁直徑的4.5倍。三角形布置樁間距為

式中：ε為修正系數(shù)，當(dāng)考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用，取1.1~1.2；d為碎石樁樁徑；S為樁間距。

根據(jù)式 （2），可得三角形布置的樁間距S為1.45m，為保證效果，取S為1.4 m，樁徑與樁間距比值為3.5，可以起到有效的加固效果。

樁長的確定。該工程相對(duì)硬層埋藏深度較大，鐵塔基礎(chǔ)需要控制變形和沉降，樁長設(shè)計(jì)需要滿足抗液化要求。

根據(jù)地基處理范圍、樁徑、樁位布置、樁長的確定，該基礎(chǔ)地基處理碎石擠密樁有效樁長9 m，樁總數(shù)538根，布置見圖1。

圖1 振沖碎石樁布置

4.2 地基處理效果評(píng)價(jià)

當(dāng)?shù)鼗幚砗笠夯笖?shù)IlE≤6，則判別為輕微液化，可以不考慮對(duì)基礎(chǔ)的影響。原土層液化指數(shù)為22.4，判別為嚴(yán)重液化，地基處理后液化指數(shù)如表6所示。處理后IlE=5.39＜6，根據(jù)規(guī)范規(guī)定判別其液化等級(jí)從嚴(yán)重液化降為輕微液化，已經(jīng)不具液化危害，可見其處理效果較好。

表6 地基處理后液化指數(shù)

5 結(jié)語

通過對(duì)該地基腐蝕特性研究，提出采用開挖式基礎(chǔ)，施工方便，對(duì)基礎(chǔ)表面進(jìn)行防腐蝕處理，減少甚至消除SO42-離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的通道，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗腐蝕性。

對(duì)比“裹體灌注樁”、“聯(lián)合板式基礎(chǔ)”和“大板基礎(chǔ)+碎石樁”3種基礎(chǔ)型式及地基處理方式，“大板基礎(chǔ)+碎石樁”經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，同時(shí)此方案為基礎(chǔ)采用大開挖方式，對(duì)于粉土粉砂地基可以降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

碎石擠密樁擠壓和置換作用，降低地基的孔隙率，形成滲透性良好的人工豎井減壓，可在地震作用時(shí)，及時(shí)排除孔隙水，降低液化影響，經(jīng)地基處理后，該地基液化指數(shù)IlE=5.39＜6，從嚴(yán)重液化降為輕微液化，不具液化危害。

［1］國家能源局.架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL／T 5219—2014［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2014.

［2］黃新，胡同安.水泥-廢石膏加固軟土的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1998，20（5）：75-79.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50046—2008［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50011—2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50260—2013［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2013.

［6］王文濤.用碎石樁防止粉土地基液化的設(shè)計(jì)方法［J］.工業(yè)建筑，1996，26（4）：41-44.

［7］黃茂松，吳世明，趙竹占.振動(dòng)擠密砂樁與振沖碎石樁抗液化分析［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1992，26（2）：165-171.