巴基斯坦某直流輸電線路典型沙漠地質條件下的基礎選型研究

鄭晏超 索亮 馬東

【摘要】 針對巴基斯坦某直流輸電線路鹽漬土沙漠和非鹽漬土沙漠地質條件下的桿塔基礎選型方案進行研究，依據(jù)基礎選型的原則和要求，結合基礎型式和作用力特點，選出適用的基礎方案，力求達到降低工程造價、減少勞動力消耗、縮短工期和環(huán)境保護的目的。

【關鍵詞】 輸電線路 基礎選型 經(jīng)濟性 沙漠 鹽漬土

引言

桿塔基礎作為輸電線路工程重要組成部分，其方案選擇是否合理不僅直接關系到工程投資，而且對環(huán)境保護及線路的安全運行和維護也至關重要。本文針對巴基斯坦某±660kV直流輸電線路典型沙漠地質條件下的基礎選型方案進行研究，力求達到降低工程造價、減少勞動力消耗、縮短工期和環(huán)境保護的目的。

一、工程設計條件

本工程為擬建于巴基斯坦東部默蒂亞里和拉合爾之間的一條直流輸電走廊，全長870km，全線以平地為主，中間約2/3的線路穿越印度河下游的塔爾沙漠（Thar Desert），地形起伏較小，高程在25～100m之間。沙漠段地基土主要為粉細砂，狀態(tài)松散～中密，地基承載力100～150kPa。

與國內輸電線路常見沙漠地質不同的是，該線路沙漠地段地基土有其特有的土層地質，表現(xiàn)為：固定、半固定沙丘并存，有、無地下水并存，以及地表含、不含鹽漬土并存。本文以此作為開展基礎選型研究的依據(jù)和出發(fā)點。

二、基礎設計特點

1、本線路送電距離長、跨越區(qū)域廣、沿途地形地質條件復雜、地基土物理力學性質差異性大。

2、本工程桿塔設計標準為的美國標準（ASCE74），受美標安全系數(shù)的影響，計算的基礎作用力較國內通常要高約50%，本工程通過采用實際高度計算桿塔對應的風荷載，并對塔頭間隙和節(jié)間布置進行優(yōu)化，使基礎作用力降低約17%～25%。具體值見表2。

3、除所受荷載特征外，本工程在開展基礎選型和設計時還應充分考慮當?shù)氐慕煌顩r、施工條件、環(huán)保和投資要求等。三、基礎選型依據(jù)和原則

3.1設計規(guī)范的選用

在輸電線路桿塔基礎設計方面，中國和美國都編有相關的規(guī)范和設計導則[1-4]。文獻[5、6]對此作了對比研究，兩者都是基于可靠度的設計方法進行基礎設計，在實用設計表達式上，均采用了多系數(shù)形式。

中國規(guī)范承載能力極限狀態(tài)表達式：0SRγ≤；

美國規(guī)范強度設計表達式：Uφ≤×名義強度義強度。

根據(jù)筆者多年的設計經(jīng)驗和已運行的超高壓工程來看，基礎設計理論完全可以采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用可靠度指標度量基礎與地基的可靠度，在規(guī)定的各種荷載組合作用下或各種變形的限值條件下，滿足線路安全運行的要求，因此按中國或是美國規(guī)范進行設計均可滿足基礎安全的要求。

3.2基礎方案選擇的原則

在選擇基礎方案時主要遵循以下原則和要求：

（1）應結合工程的地形、地質特點及運輸條件，綜合分析比較，選擇適宜的基礎型式；

（2）在安全、可靠的前提下，應力求經(jīng)濟、環(huán)保，盡可能因地制宜采用原狀土基礎，減少施工對環(huán)境的破壞；

（3）應充分發(fā)揮每種基礎型式的特點，針對不同的地形、地質，選擇不同的基礎型式。

（4）應注重施工的可操作性和質量的可控制性。

四、鹽漬土沙漠地區(qū)的基礎選型

經(jīng)實地勘察，本線路鹽漬土沙漠地區(qū)地下水埋深在1～4米，由于強烈的蒸發(fā)及毛細作用，鹽分向地表聚集并最終形成了一層1～4米不等的鹽漬土層。對于該地區(qū)的基礎選型，除了要考慮沙土自身的特性外，還需考慮鹽漬土地基特有的工程特性，如溶陷性、鹽脹性和腐蝕性等[7]。經(jīng)調查和取樣分析，其工程特性如下：

（1）含鹽量

以硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土為主，分布厚度0～4m內平均含鹽量0.78%～12.62%，為中～超鹽漬土。

（2）溶陷性

通過試驗測得出該地區(qū)地基土的溶陷等級為Ⅰ級（弱）～Ⅱ級（中）溶陷性。

（3）鹽脹性

沿線易溶鹽分析結果表明，地基土中硫酸鈉含量在0.25%～0.56%，試驗測得鹽脹系數(shù)在0.33%～1.57%，即不具鹽脹性或僅具弱鹽脹性。根據(jù)規(guī)范，環(huán)境溫度不大時（如埋深大于2.0m的基礎），可不考慮鹽脹性影響?？紤]到本工程桿塔基礎的埋深普遍不低于3.8m，因此可不考慮鹽脹性對基礎的影響。

（4）腐蝕性

根據(jù)對土樣化學分析的結果，按我國《鹽漬土地區(qū)建筑技術規(guī)范》進行評價，本工程地下水較淺的沙漠地區(qū)鹽漬土對鋼筋混凝土具有弱～強腐蝕性。

（5）地基承載力

鹽漬土地區(qū)地基承載力需考慮易溶鹽溶解產生沉陷的影響，本工程由于大部分基礎埋深大于鹽漬土土層厚度，地基承載力受鹽漬土影響較弱；對于埋深較淺的基礎，經(jīng)測驗，在考慮一定安全儲備的前提下鹽漬土地區(qū)地基承載力取100～110kPa可滿足要求。

基于上述研究，本區(qū)段適合的基礎選型方案為：在固定沙丘鹽漬土沙漠地區(qū)的塔位采用斜柱大板基礎型式；在半固定、沙丘地質的塔位[8]，考慮砂土的坍塌和移動性，采用剛性臺階式基礎型式更加安全、可靠。當基礎位于鹽漬土地基上時，不論采用上述哪種基礎方案，均應采取措施對其進行地基處理。

常用的處理方法有浸水預溶法、強夯法、浸水預溶+強夯法、換土墊層法以及碎石樁法等，結合本工程實際特點和施工的經(jīng)濟可行性，換土墊層法是較適合的處理辦法，選取一定的角礫、碎石等和外運骨料按7：3混合進行級配改良，然后分層回填壓實。

除此之外，本工程基礎還應考慮混凝土摻加防腐劑、表面涂刷防腐涂料等防腐措施。

五、非鹽漬土沙漠地區(qū)的基礎選型

本工程地下水較深、地表不含鹽漬土的沙漠地區(qū)，除上文提到的斜柱大板基礎以及剛性臺階式基礎型式外，由于不需再考慮鹽漬土腐蝕性的影響，預制裝配式基礎也是一種較適合的基礎型式。

本線路沙漠覆蓋范圍較廣，部分塔位沿線混凝土骨料及水資源稀缺，且運輸距離較長，當?shù)噩F(xiàn)有條件對現(xiàn)澆混凝土質量影響較大。未避免浪費大量的人力、物力，建議該地段作用力不大的直線塔采用裝配式基礎型式。該類基礎型式[9]較普通開挖類基礎造價更省，且在縮減工期和提高施工質量上具有明顯的優(yōu)勢。

本工程選取常用的支架偏心、底面板條方向與線路方向沿順時針旋轉45度擺放的四腳支架預制裝配式基礎和經(jīng)濟性較優(yōu)的普通斜柱板式基礎作為典型基礎，采用ZP1型塔基礎作用力，分別對其進行計算和技術經(jīng)濟比較，結果見表5。

表5 預制裝配式基礎與斜柱板式基礎技術經(jīng)濟比較表

2、裝配式基礎材料費含預制加工費。

由上表可知，在沿線骨料和水資源稀缺的無腐蝕性鹽漬土沙漠地段，雖然采用裝配式基礎材料費要高于現(xiàn)澆斜柱板式基礎，但因其在施工安裝費和運輸費上較斜柱板式基礎降低較多，因此總費用仍比斜柱板式基礎降低約20%。

考慮到轉角塔其在輸電線路中數(shù)量相對較少但卻更加的重要，受長期荷載作用時，對裝配式基礎及其支架的變形影響較大，因此從保證線路安全的角度，不建議該地段轉角塔使用裝配式基礎。

六、結語

通過本文針對巴基斯坦鹽漬土沙漠和非鹽漬土沙漠地區(qū)基礎選型的研究，得出在鹽漬土沙漠地區(qū)固定沙丘地質的塔位宜采用斜柱大板基礎，半固定沙丘地質的塔位宜采用剛性臺階式基礎，兩種方案均需對地基土采取換土墊層法進行處理；對于地下水位較深且無鹽漬土的沙漠地區(qū)，從經(jīng)濟性和施工便利性兩方面考慮，預制裝配式基礎是一種較適合的基礎型式。

通過合理的基礎選型，可以有效降低工程造價，減少勞動力消耗，縮短工期，減少當?shù)丨h(huán)境破壞。

參 考 文 獻

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

[2] GB 50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范 [S].

[3] ACI 318：《Building Code Requirements for Structural Concrete [S].

[4] IEEE Std 691：IEEE Guide for Transmission Structure Foundation Design and Testing [S].

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