談?wù)撦旊娋�路巖石抗拔論文
1引言
中國(guó)地域遼闊,巖土類別多、分布廣,輸電線路桿塔基礎(chǔ)型式多種多樣。在山區(qū)巖石地帶的輸電線路,常常利用巖石作為桿塔基礎(chǔ),可獲得強(qiáng)度高、穩(wěn)定好、投資少和大量節(jié)約勞動(dòng)力的效果。在溫~H22Okv永強(qiáng)一蘇川同塔雙回路送電線路工程中,其沿線地質(zhì)條件主要為強(qiáng)風(fēng)化巖石地區(qū),基礎(chǔ)作用力較大,采用巖石嵌固式基礎(chǔ)可充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好工程力學(xué)性能,屬經(jīng)濟(jì)環(huán)保型基礎(chǔ),符合環(huán)境保護(hù)的發(fā)展要求。
2試驗(yàn)概況
2.1工程地質(zhì)條件
現(xiàn)場(chǎng)真型試驗(yàn)選擇在線路走廊中的區(qū)A,B兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行,其中區(qū)A選擇在0一ll#gt,主要巖體為砂質(zhì)片巖,灰綠色,薄層狀結(jié)構(gòu),巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,節(jié)理、風(fēng)化裂隙十分發(fā)育,結(jié)構(gòu)面以節(jié)理、風(fēng)化裂隙為主,平均間距3~5cm,共發(fā)育4組網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)面,強(qiáng)風(fēng)化層厚約0.5m,以下呈中等風(fēng)化,巖體產(chǎn)狀陡立,為180度小于70度;區(qū)B選擇在12一21#,主要巖體為粉砂質(zhì)黏土巖,褐紅色,混有風(fēng)化礫石,裂隙塊狀結(jié)構(gòu),巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,節(jié)理、裂隙十分發(fā)育,結(jié)構(gòu)面以層面、風(fēng)化裂隙為主。約4組結(jié)構(gòu)面將巖體切割為5~20cm見(jiàn)方的巖塊,結(jié)構(gòu)面平均間距5~15em,表層約有0_3m基巖殘積土,強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0~1.5m,以下呈中等風(fēng)化,產(chǎn)狀近水平,浸水易軟化崩解。
2.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載與尺寸
基礎(chǔ)上拔設(shè)計(jì)荷載為1500kN,X向水平設(shè)計(jì)荷載為250kN,Y向水平設(shè)計(jì)荷載為220kN。輸電線路桿塔基礎(chǔ)主要承受上拔荷載與傾覆荷載的共同作用,且在上拔設(shè)計(jì)荷載作用下,巖石嵌固式基礎(chǔ)必須同時(shí)滿足錨筋強(qiáng)度、錨筋與砂漿黏結(jié)強(qiáng)度、砂漿與巖石黏結(jié)強(qiáng)度、巖石等代極限剪切強(qiáng)度等4種條件的強(qiáng)度要求。以上4種強(qiáng)度條件控制中,巖石等代極限剪切強(qiáng)度是關(guān)鍵因素之一,而相關(guān)技術(shù)規(guī)定【9】中其計(jì)算參數(shù)ts的取值范圍是一個(gè)很大的區(qū)間,在沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下,如何進(jìn)行取值是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。為了保證基礎(chǔ)滿足抗拔試驗(yàn)的要求,且能與加載系統(tǒng)順利銜接,每個(gè)基礎(chǔ)沿著正八角形埋設(shè)8根直徑55mm地質(zhì)螺栓,長(zhǎng)度比基礎(chǔ)埋深~50mm。
2.3加載系統(tǒng)
試驗(yàn)加載系統(tǒng)主要包括垂直方向上拔力、x和Y向水平力2個(gè)子系統(tǒng),它們既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。豎向上拔加載設(shè)備主要包括千斤頂、連接框架、反力鋼梁和反力基礎(chǔ)組成,千斤項(xiàng)最大加載能力為5000kN;連接框架主要包括80mm厚的鋼板、千斤頂下底板、千斤頂上頂板、配套的地腳螺栓及其螺帽等;反力鋼梁采用經(jīng)焊接加固后的7根56b工字鋼鋼梁,鋼梁長(zhǎng)12m,設(shè)計(jì)最大承載力可達(dá)5000kN;由于此次試驗(yàn)場(chǎng)地區(qū)域主要為巖石地區(qū),反力墩基礎(chǔ)可滿足地基強(qiáng)度和變形的要求,因此主要采用枕木基墊的反力墩基礎(chǔ)。水平加載裝置都要包括連接件、鋼絲繩、滑輪組或滑車(chē)、手拉葫蘆等,水平反力利用地錨來(lái)實(shí)現(xiàn),基礎(chǔ)頂部通過(guò)滑輪組、鋼絲繩和連接件組合與反力地錨相連,對(duì)試驗(yàn)基礎(chǔ)的加卸荷通過(guò)手拉葫蘆調(diào)節(jié)鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.4加載方案
試驗(yàn)采用慢速荷載維持法,但在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中,可根據(jù)以往類似經(jīng)驗(yàn)對(duì)加載初期的低荷載采用快速荷載法。具體加卸載方案、加卸載終止條件、極限承載力的'確定見(jiàn)相關(guān)規(guī)范。
3試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1基礎(chǔ)荷載一位移曲線
根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定(9),基礎(chǔ)的上拔荷載至少加載至設(shè)計(jì)荷載的2.oN,基礎(chǔ)的水平荷載加載至設(shè)計(jì)荷載的1.6倍。A2,A1,B2,B1,B3基礎(chǔ)的最大上拔荷載分別為3600,4200,3900,4200,5000kN,分別為設(shè)計(jì)荷載的2.4,2.8,2.6,2.8,3.3倍:A2,B2,BI基礎(chǔ)的最大水平荷載最大加載至400kNIX方向),352kN(Y方向),為水平設(shè)計(jì)荷載的1.6N,均滿足規(guī)范要求。
3.2基礎(chǔ)極限承載力的確定
(1)5個(gè)基礎(chǔ)的上拔荷載一豎向位移曲線變化規(guī)律基本相同,當(dāng)上拔荷載加載至設(shè)計(jì)荷載1500kN時(shí),除A2基礎(chǔ)在聯(lián)合工況下的1.08112111與Bl基礎(chǔ)在單純抗拔條件下(lgo.73mm豎向上拔量稍大以外,其余基礎(chǔ)豎向變形量均很小,巖土體基本上處于完全彈性狀態(tài);隨著上拔荷載的增加,基礎(chǔ)均未表現(xiàn)出破壞跡象,僅僅是由于反力墩基礎(chǔ)的不均勻沉降、反力鋼粱的極限承載力不足、基礎(chǔ)混凝土承臺(tái)被拉裂等客觀因素的影響而停止加載。5個(gè)基礎(chǔ)的最大抗拔加載量為5000kN,且為基礎(chǔ)截面尺寸最小與埋深最淺的B3基礎(chǔ),以最大試驗(yàn)荷載作為極限抗拔承載力的判定依據(jù),可綜合判定:5個(gè)巖石嵌固式基礎(chǔ)的極限抗拔承載力至少為5000kN。
(2)現(xiàn)場(chǎng)真型試驗(yàn)基礎(chǔ)的水平荷載一水平位移關(guān)系曲線基本成線性,且水平位移均很小,未達(dá)到10mm的極限位移量。因此,以最大加載荷載作為極限水平荷載,可綜合判定5個(gè)巖石嵌固式基礎(chǔ)的極限水平荷載,xyN極限水平荷載分別為400,352k.N。
3.3巖石等代極限剪切強(qiáng)度的確定
根據(jù)相關(guān)資料【15】,區(qū)B屬于中等風(fēng)化軟質(zhì)巖石;根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定(9)中表10.2.4中ts值的規(guī)定,推薦ts=20~40kpa結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果.最終取ts=40kPa。供設(shè)計(jì)參考。
3.4基礎(chǔ)的穩(wěn)定性驗(yàn)算
對(duì)于巖石嵌固式基礎(chǔ),由于破壞機(jī)制不同,相關(guān)技術(shù)規(guī)定(9)中的剪切法與土重法往往不再適用,選用極限平衡理論驗(yàn)算基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性。根據(jù)極限平衡理論計(jì)算出的極限抗拔承載力與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果基本吻合,因此可采用極限平衡理論驗(yàn)算基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性,但現(xiàn)場(chǎng)巖石基礎(chǔ)的安息角應(yīng)慎重取值。
3.5N腳螺栓荷載傳遞特性
地腳螺栓在拉拔荷載作用下處于彈性狀態(tài),可由試驗(yàn)所測(cè)得的應(yīng)變值,按照彈性理論計(jì)算地腳螺栓的應(yīng)力分布,然后得到基礎(chǔ)立柱截面的軸力分布,從而分析討論基礎(chǔ)立柱的受力性能。
(1)N腳螺栓在單純抗拔荷載作用下的軸力分布非常有規(guī)律,自上而下逐步減弱。
(2)N腳螺栓在上拔荷載較小時(shí)�；A(chǔ)深處的地腳螺栓幾乎不受影響;只有當(dāng)上拔荷載較大時(shí)(大于3600kN),基礎(chǔ)深處的地腳螺栓才會(huì)受到上拔荷載的影響。
(3)基于一定的安全系數(shù)的考慮,對(duì)于220kV永強(qiáng)一蘇川輸電線路工程巖石嵌固式基礎(chǔ)而言,桿塔作用力對(duì)基礎(chǔ)地腳螺栓的影響深度可取2.8m左右。因此,在滿足設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求的前提下,巖石嵌固式基礎(chǔ)中的地腳螺栓或受力主筋可適當(dāng)縮短。
4結(jié)語(yǔ)
(1)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)荷載一位移曲線表明,巖石嵌固式基礎(chǔ)的極限抗拔承載力大于5000kN,置yN極限水平荷載分別為400,352kN,均滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果,巖石嵌固式基礎(chǔ)的巖石等代極限剪切強(qiáng)度可取e=40kPa,供設(shè)計(jì)參考。
(3)驗(yàn)算巖石嵌固式基礎(chǔ)穩(wěn)定性時(shí),可根據(jù)極限平衡原理計(jì)算,其中巖石安息角應(yīng)根據(jù)具體現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料慎重取值。
(4)基于一定的安全系數(shù)的考慮,對(duì)于220kV永強(qiáng)一蘇川輸電線路工程巖石嵌固式基礎(chǔ)而言,桿塔作用力對(duì)基礎(chǔ)地腳螺栓的影響深度可取2.8m左右。因此,在滿足設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求的前提下,巖石嵌固式基礎(chǔ)中的地腳螺栓可適當(dāng)縮短。
(5)與其他類型基礎(chǔ)的比較,采用巖石嵌固式基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效果明顯,且有利于環(huán)境保護(hù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)真型試驗(yàn)表明,巖石嵌固式基礎(chǔ)安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保,充分發(fā)揮了原狀巖體的力學(xué)性能,具有良好的抗拔和抗傾覆性能,符合“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”輸電線路建設(shè)的要求,完全可在風(fēng)化性較強(qiáng)的山區(qū)巖石地基輸電線路工程中推廣應(yīng)用。
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