孟 克 趙 戈 王文明 李榮帥

(1.中國電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司，山東 濟(jì)南 250102；2.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

我國總體還處于工業(yè)化中后期和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)期，未來電力需求將持續(xù)較快增長(zhǎng)，加快建設(shè)東部、西部同步電網(wǎng)，提升電網(wǎng)配置是未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)發(fā)展的主要任務(wù)，輸電線路工程將大規(guī)模建設(shè)[1]。輸電線路基礎(chǔ)工程建設(shè)存在的造價(jià)高、工期長(zhǎng)和勞動(dòng)力消耗大等問題，在大規(guī)模輸電線路建設(shè)中更為突出。因此，分析目前常見基礎(chǔ)型式的優(yōu)缺點(diǎn)，深入研究新型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展新環(huán)境、降低工程造價(jià)、縮短施工周期有重要意義。

不同于建筑基礎(chǔ)，輸電塔基礎(chǔ)除承受上部桿塔結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線和金具荷載外，還承受風(fēng)、覆冰、脫冰及線路轉(zhuǎn)角等外力作用，且荷載的大小、方向、頻率會(huì)隨外界氣象環(huán)境因素改變，存在明顯的行業(yè)特點(diǎn)[2]。目前常見的基礎(chǔ)型式可分為開挖回填基礎(chǔ)、原狀地基掏挖基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)、螺旋錨基礎(chǔ)和復(fù)合基礎(chǔ)等六類，前五類常規(guī)基礎(chǔ)得到大量工程應(yīng)用，具有普遍的適用性，但也存在土方開挖量大、勞動(dòng)力消耗量大、成本高、地質(zhì)條件要求高等不可避免的缺點(diǎn)[3]。因此，為發(fā)揮各類基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)規(guī)避其缺點(diǎn)，復(fù)合基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研發(fā)受到了廣泛關(guān)注。

現(xiàn)階段隨著國內(nèi)對(duì)于復(fù)合基礎(chǔ)研究的深入，可以根據(jù)其所適應(yīng)的地質(zhì)將其分為兩類，即地下水較淺的軟土地基類以及有一定覆蓋層的巖石類地基。軟土地基類主要有變截面樁—板復(fù)合基礎(chǔ)、板式中型樁基礎(chǔ)以及微型樁基礎(chǔ)，巖石地基類復(fù)合基礎(chǔ)主要有掏挖巖石錨桿復(fù)合基礎(chǔ)與短樁巖石錨桿復(fù)合基礎(chǔ)[4-6]。本文將主要針對(duì)復(fù)合錨桿基礎(chǔ)，從復(fù)合巖石錨桿基礎(chǔ)和復(fù)合螺旋錨基礎(chǔ)兩方面介紹幾種新型復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

1 復(fù)合巖石錨桿基礎(chǔ)

根據(jù)DL/T 5219—2014架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程巖石錨桿基礎(chǔ)需要承臺(tái)嵌入巖石，因此適用于巖石直接裸露地表或基巖不深的情況。對(duì)于上覆2 m～5 m土層，土層以下為巖石地基的地區(qū)，難以應(yīng)用巖石錨桿基礎(chǔ)，而目前普遍采用的挖孔基礎(chǔ)施工難度大，施工周期長(zhǎng)，施工人員的安全存在隱患。針對(duì)這一情況，提出帶上部支護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土樁—錨桿復(fù)合基礎(chǔ)和鋼筋混凝土板式—錨桿復(fù)合基礎(chǔ)，二者均具有良好的抗拔和抗壓承載力，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1)適用于覆土較厚(2 m～5 m)，土層下為巖石基礎(chǔ)的地區(qū)，樁—錨、板—錨復(fù)合基礎(chǔ)通過土體、錨、樁(或板)的共同作用承擔(dān)基礎(chǔ)荷載，充分發(fā)揮淺、深基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，避免了挖孔基礎(chǔ)存在的工期長(zhǎng)、難度大等問題。

2)兩種基礎(chǔ)型式在樁長(zhǎng)較短或基礎(chǔ)埋深較淺時(shí)，由于錨桿設(shè)置，基礎(chǔ)抵抗上拔力的能力大大提高，無需進(jìn)行巖石開挖，顯著降低施工難度，提高施工效率。

1.1 帶上部支護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土樁—錨桿復(fù)合基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土樁、支護(hù)結(jié)構(gòu)以及設(shè)于樁下部的錨桿組合，鋼筋混凝土樁和支護(hù)結(jié)構(gòu)埋置于土中，錨桿埋置于巖石中，如圖1所示?；A(chǔ)的上拔力由樁和錨桿共同抵抗；下壓力由樁抵抗；水平力主要由支護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗，部分由樁抵抗。支護(hù)結(jié)構(gòu)包括鋼筋混凝土環(huán)板和立柱，該部分可以承受基礎(chǔ)所受的大部分水平力，有效減小樁發(fā)生側(cè)移。錨桿采用的錨筋為鋼筋混凝土樁的主筋，以保證樁與錨桿連接的可靠性，錨筋和錨孔壁之間有灌漿物。

該基礎(chǔ)型式避免采用大開挖基礎(chǔ)，保證環(huán)保要求，特別適用于環(huán)保監(jiān)管嚴(yán)格的海外國家，尤其適用于國外特高壓或者超高壓輸電塔的拉線基礎(chǔ)。

1.2 鋼筋混凝土板式—錨桿復(fù)合基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土主柱、底板，以及設(shè)于底板下部的錨桿組合，鋼筋混凝土主柱及底板埋置于土中，錨桿埋置于巖石中，如圖2所示?；A(chǔ)的上拔力由板式基礎(chǔ)部分和錨桿共同抵抗；下壓力和水平力由板式基礎(chǔ)部分抵抗。為了保證上部基礎(chǔ)與錨桿連接的可靠性，部分主柱主筋可向下延長(zhǎng)，當(dāng)作錨筋使用。

該基礎(chǔ)型式可以承受很大的上拔力，特別適用于上拔力控制基礎(chǔ)尺寸的情況，例如終端塔基礎(chǔ)等。同時(shí)，該基礎(chǔ)型式可實(shí)現(xiàn)100%機(jī)械化施工，提高施工效率。

2 復(fù)合螺旋錨基礎(chǔ)

螺旋錨基礎(chǔ)在海外工程的拉線基礎(chǔ)中得到了廣泛應(yīng)用，該基礎(chǔ)型式被大量用于巴西美麗山特高壓工程[7]。該基礎(chǔ)型式可以顯著降低土方開挖量、施工難度和施工成本。螺旋錨桿為成品，機(jī)械化施工，質(zhì)量容易控制，安全性和可靠性大大提高。但是螺旋錨基礎(chǔ)整體剛度偏低，抵抗水平力能力較弱的缺陷，限制其廣泛應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)研發(fā)復(fù)合螺旋錨基礎(chǔ)，充分發(fā)揮螺旋錨基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)對(duì)輸電線路建設(shè)工程意義重大。

2.1 鋼筋混凝土板式—樁—螺旋錨基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式為板式基礎(chǔ)與樁、螺旋錨組合，將鋼筋混凝土主柱和底板淺埋于土體中，將螺旋錨和細(xì)樁打入下層土體，借助螺旋錨和樁，將周圍土體形成一個(gè)整體，提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，如圖3所示。樁設(shè)置在底板四角的正下方，起到維持整體基礎(chǔ)穩(wěn)定和防止上部土體遇水后整體基礎(chǔ)發(fā)生沉降的作用。螺旋錨設(shè)置在主柱正下方以及底板下方，提供部分上拔承載力并能防止上部基礎(chǔ)周圍濕陷性黃土遇水后發(fā)生不均勻沉降?；A(chǔ)設(shè)計(jì)上拔力主要由板式基礎(chǔ)部分和螺旋錨基礎(chǔ)部分共同承擔(dān)，下壓力主要由板式基礎(chǔ)部分承擔(dān)。

由于濕陷性黃土危害深度一般為6 m以內(nèi)，板式基礎(chǔ)埋深一般在4.5 m左右，螺旋錨和樁基礎(chǔ)的設(shè)置使整體基礎(chǔ)埋深可達(dá)10 m以上。因此，螺旋錨和樁基礎(chǔ)在上部土體遇水的情況下可以起到維持整體基礎(chǔ)穩(wěn)定的功能，阻止基礎(chǔ)沉降。同時(shí)螺旋錨的設(shè)置減少了主柱和底板的埋深，一方面減少了土方開挖量，另一方面避免了二八灰土的大量使用，提高了施工效率、降低了工程造價(jià)。該基礎(chǔ)型式特別適用于上拔力控制基礎(chǔ)尺寸的情況及濕陷性等級(jí)較高的黃土地區(qū)。

2.2 鋼筋混凝土墻—螺旋錨復(fù)合基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土短柱、墻以及設(shè)于墻下部的螺旋錨組合，如圖4所示。鋼筋混凝土墻埋置于土中，方向與拉線在地面的投影垂直，承受拉線的水平分力。墻兩側(cè)的土體可有效限制墻發(fā)生位移，顯著提高整體基礎(chǔ)沿拉線方向的剛度。鋼筋混凝土墻的設(shè)置可以大大減小基礎(chǔ)頂部的位移，提高整體基礎(chǔ)的抗變形能力和可靠度。短柱位于墻上部中心位置，頂部的鋼板通過套環(huán)與拉線連接，將拉線的水平分力和豎向分力向下傳遞。螺旋錨通過專用器具擰入土中，上部埋置于鋼筋混凝土墻。

該基礎(chǔ)將鋼筋混凝土墻應(yīng)用于螺旋錨基礎(chǔ)，大大提高了基礎(chǔ)抵抗拉線水平力的能力，能夠有效減小基礎(chǔ)水平變形，確保拉線有效張力，從而提高拉線塔安全性。與板式基礎(chǔ)和挖孔基礎(chǔ)相比，該基礎(chǔ)型式土方開挖量小，具有造價(jià)低、施工方便和環(huán)境友好的特點(diǎn)。對(duì)地質(zhì)條件為土體的拉線基礎(chǔ)，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，尤其適用于國外特高壓或者超高壓輸電塔的拉線基礎(chǔ)。

2.3 鋼筋混凝土短樁—懸臂梁—螺旋錨基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土短樁、懸臂梁以及設(shè)于短樁下部的螺旋錨組合，如圖5所示。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分埋置于土中，可承受拉線的水平分力，也可承受部分上拔力。鋼筋混凝土懸臂梁周圍的土體可有效限制整體基礎(chǔ)發(fā)生水平位移，顯著提高整體基礎(chǔ)水平方向的剛度。螺旋錨通過專用器具擰入土中，上部埋置于鋼筋混凝土短樁，可承擔(dān)很大上拔力。短柱上部中心設(shè)有拉線連接器可以便于拉線和基礎(chǔ)連接，并能夠方便未來運(yùn)維和檢修。拉線連接器和錨筋焊接，通過錨筋與基礎(chǔ)有效連接。錨筋下方焊有鋼板，可以大大提高錨固力，降低錨固長(zhǎng)度。針對(duì)土壤腐蝕問題，螺旋錨基礎(chǔ)部分和鋼筋混凝土懸臂梁以上部分外刷改性高氯化聚乙烯防腐蝕涂層。中、強(qiáng)腐蝕地區(qū)基礎(chǔ)混凝土中加入粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰等礦物摻合料。

該基礎(chǔ)可有效解決拉線基礎(chǔ)腐蝕問題和水平位移不易控制問題，與板式基礎(chǔ)和挖孔基礎(chǔ)相比，具有造價(jià)低、施工方便和環(huán)境友好的特點(diǎn)。對(duì)地質(zhì)條件為鹽漬土土體的拉線基礎(chǔ)，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，尤其適用于國外特高壓或者超高壓輸電塔的拉線基礎(chǔ)。

2.4 多樁承臺(tái)螺旋錨復(fù)合基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式為主柱、承臺(tái)、鋼筋混凝土樁和螺旋錨組合，如圖6所示。主柱根據(jù)鐵塔與基礎(chǔ)的連接方式選擇垂直柱或斜柱。鋼筋混凝土樁埋置于土中，螺旋錨打入土體。承臺(tái)可完全埋于土中，也可部分埋于土中。樁底部可設(shè)置擴(kuò)大頭，以增大端部承壓面積從而提高其抵抗下壓力的承載能力。螺旋錨通過專用器具擰入土中，上部埋置于鋼筋混凝土短樁，可承擔(dān)很大上拔力。基礎(chǔ)的上拔力由多樁承臺(tái)基礎(chǔ)和螺旋錨共同抵抗；下壓力和水平力由多樁承臺(tái)基礎(chǔ)抵抗。

與多樁承臺(tái)基礎(chǔ)相比，該基礎(chǔ)型式可以有效減少樁數(shù)量、減小樁徑和承臺(tái)尺寸，避免巖體的開挖，抵抗上抗力的能力大大提高，從而降低基礎(chǔ)造價(jià)，減少土方開挖，有效縮短工期，具有良好地經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于土層以下為巖石且土層較淺地區(qū)的大荷載輸電塔基礎(chǔ)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，特別適用于大轉(zhuǎn)角、大跨越輸電塔基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

復(fù)合基礎(chǔ)可將不同常規(guī)基礎(chǔ)進(jìn)行組合，充分發(fā)揮不同基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，降低常規(guī)基礎(chǔ)型式的缺點(diǎn)，以達(dá)到節(jié)約工程量、縮短工期、保護(hù)環(huán)境、降低工程造價(jià)的目的。目前國內(nèi)關(guān)于復(fù)合基礎(chǔ)的研究還處于前期和試點(diǎn)使用驗(yàn)證階段，離大規(guī)模推廣尚有一定距離。本文提出的幾類新型復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)較目前采用的基礎(chǔ)型式有一定突破，期許為未來復(fù)合基礎(chǔ)的研發(fā)設(shè)計(jì)提供參考。