斜掏挖與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)性能對比

趙懷宇，武淑敏

（河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊市，050031）

0 引言

斜掏挖擴底（原狀土）基礎(chǔ)試驗是國家電網(wǎng)公司2008年重點試驗項目，該試驗依托220 kV邢臺北—大陸村線路工程，于2008年12月在N150附近的一場址順利完成。

斜掏挖基礎(chǔ)滿足“兩型三新”線路工程的需要，其計算理論成熟，設(shè)計軟件完善，施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度高，在河北省南部電網(wǎng)適合人工斜掏挖的水文地質(zhì)條件下可以大力推廣應(yīng)用。掏挖基礎(chǔ)所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益明顯優(yōu)于大開挖基礎(chǔ)，斜掏挖基礎(chǔ)受力狀態(tài)比直掏挖斜插基礎(chǔ)（相當(dāng)于偏心距較小的直掏挖基礎(chǔ)）更合理。試驗表明，斜掏挖與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)相比，具有基礎(chǔ)位移小、土體抗力小、鋼筋應(yīng)力小且分布均勻等優(yōu)勢，因此斜掏挖基礎(chǔ)具有良好的力學(xué)性能，有利于工程投資的控制。

1 試驗基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)試驗內(nèi)容和目標(biāo)，為了對比斜掏挖和直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)不同之處，以及不同埋深對基礎(chǔ)造價的影響，本次試驗布置2個斜掏挖和2個直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)，共4個單腿試驗基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)作用力均采用雙回路直線塔2I-SZ3（27 m）的基礎(chǔ)作用力?；A(chǔ)施工圖如圖1～4所示。

2 斜掏挖與直掏挖基礎(chǔ)性能對比

2.1 基礎(chǔ)變形特性

根據(jù)試驗記錄整理得到基礎(chǔ)的荷載位移如表1和表2所示。

表1 基礎(chǔ)上拔位移表Tab.1 Up-lift displacement of foundation

表1中數(shù)據(jù)表明：當(dāng)上拔荷載小于625 kN時，斜掏挖基礎(chǔ)豎向位移均大于直掏挖基礎(chǔ)，而當(dāng)上拔荷載大于或等于625 kN時，斜掏挖基礎(chǔ)豎向位移均小于直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)。這說明當(dāng)荷載突破直掏挖基礎(chǔ)與其周圍的土體抵抗力時，其豎向位移突變，其周圍土體快速向塑性發(fā)展；而斜掏挖基礎(chǔ)豎向位移變化緩和，其周圍土體表現(xiàn)出較好的塑性。

表2 基礎(chǔ)水平位移表Tab.2 Horizontal displacement of foundation

表2中數(shù)據(jù)表明：在水平荷載作用下，斜掏挖基礎(chǔ)水平位移都小于直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)水平位移，這說明在同樣的荷載條件下，斜掏挖基礎(chǔ)比直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)水平變形小。

2.2 地基土壓力

基礎(chǔ)所受土壓力反映了外荷載作用下基礎(chǔ)與地基之間的相互作用，這直接影響基礎(chǔ)變形、穩(wěn)定等工程特性。4個基礎(chǔ)在豎向荷載625 kN及水平荷載96 kN共同作用下的土壓力變化情況如圖5～6所示，其他荷載水平下變化規(guī)律相同。

由圖5～6可以看出：斜掏挖基礎(chǔ)立柱兩側(cè)土壓力比直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)小，這說明斜掏挖基礎(chǔ)明顯改善了基礎(chǔ)主柱的受力狀況，有利于提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

2.3 基礎(chǔ)主筋應(yīng)力

試驗基礎(chǔ)中布置應(yīng)變片的目的是測量豎向荷載與水平荷載組合作用下基礎(chǔ)主筋應(yīng)變變化，從而計算出主筋相應(yīng)的應(yīng)力變化?；A(chǔ)鋼筋應(yīng)力為

式中：σ為鋼筋應(yīng)力，MPa；E為鋼筋彈性模量，E=2.1×105MPa；ε 為試驗中主筋的實測應(yīng)變值 με，10-6。

基礎(chǔ)主筋應(yīng)力隨基礎(chǔ)深度的變化曲線如圖7～8所示。

由圖7和圖8可知，XTW-A基礎(chǔ)主筋應(yīng)力小于ZTW-A基礎(chǔ)主筋應(yīng)力。B基礎(chǔ)結(jié)論同A基礎(chǔ)。

3 斜掏挖與直掏挖基礎(chǔ)經(jīng)濟指標(biāo)分析

與相同尺寸的直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)（偏心距較小的直掏挖基礎(chǔ)）相比，在相同的荷載和地質(zhì)條件下，斜掏挖基礎(chǔ)基柱最大彎矩小，基底彎矩小，水平傾覆穩(wěn)定容易滿足。故對于斜掏挖基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面直徑尺寸小，鋼筋用量少，混凝土用量小，挖方小，經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)優(yōu)。

如 SZ2基礎(chǔ)作用力（kN）：N=611.09，Nx=76.57，Ny=67.78；T=538.97，Tx=69.61，Ty=60.42。地質(zhì)條件：0～5.0 m厚度之內(nèi)為粘土，可塑；γ=16.9 kN/m3，fak=120 kPa，c=20 kPa，φ=16.9°。塔腿主材規(guī)格為Q420，L125×10，正、側(cè)面坡度為 0.09078。經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)比較如表3所示，表3中基礎(chǔ)大小是滿足基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定、基礎(chǔ)下壓穩(wěn)定、底板下壓、底板上拔剪切以及剛性角等約束條件，并使本體造價最低的基礎(chǔ)尺寸。

表3 500 kV雙回線路基礎(chǔ)經(jīng)濟技術(shù)比較Tab.3 Technical-economical comparisons of different foundations

由表3可知，從混凝土用量、鋼筋用量、挖方量、造價來看，斜掏挖基礎(chǔ)最小，直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)次之，直掏挖基礎(chǔ)最大，其中斜掏挖基礎(chǔ)造價最低。

4 結(jié)論

綜上所述，從基礎(chǔ)變形、土體壓力和基礎(chǔ)主筋應(yīng)力來看，采用斜掏挖基礎(chǔ)比直掏挖斜插基礎(chǔ)（偏心距較小的直掏挖基礎(chǔ)）更加合理。

（1）斜掏挖基礎(chǔ)仍然是剛性短樁基礎(chǔ)；

（2）斜掏挖基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心位置不一定在柱體上；

（3）斜掏挖基礎(chǔ)與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)（偏小距較小的直掏挖基礎(chǔ)）相比，立柱最大彎矩、基底彎矩明顯降低；

（4）斜掏挖基礎(chǔ)與直掏挖斜插角鋼基礎(chǔ)（偏小距較小的直掏挖基礎(chǔ)）相比，混凝土用量、鋼材用量、挖方量、造價均有不同程度的減少。

總之，斜掏挖擴底（原狀土）基礎(chǔ)具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，其符合創(chuàng)建“兩型三新”線路工程的需要。

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