江門220kV銀三甲乙線#12跨江塔基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降原因分析及處理方法

引言

高壓輸電線路鐵塔作為電能輸送系統(tǒng)的重要組成部分,其安全與否至關(guān)重要。輸電線路跨江塔一般距離河道近,而珠三角地區(qū)主要為海陸交互相沉積地貌,地質(zhì)條件差,淤泥層厚且呈流塑狀,含水量高,例如江門市新會(huì)區(qū)三江鎮(zhèn)江門水道附近的淤泥層厚度普遍達(dá)到20~30m,此種情況下,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮特殊地質(zhì)條件的影響,避免由于地基土承載力不足而出現(xiàn)樁不均勻沉降現(xiàn)象。

1工程概況

1.1全線概述

現(xiàn)狀220kV銀三甲乙線起于220kV三江變電站,止于220kV銀湖變電站,工程位于江門市新會(huì)區(qū)三江鎮(zhèn),沿線地形為平地。項(xiàng)目于2002年12月投產(chǎn),線路全長(zhǎng)4.897km,全線桿塔21基,導(dǎo)線采用2xJL/LB1A-400/35鋁包鋼絞線,地線采用一根LGJx-70/40鋼芯鋁絞線和一根48芯0PGw,設(shè)計(jì)最大風(fēng)速33m/s。

1.2#12塔設(shè)計(jì)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)情況

根據(jù)運(yùn)行資料,220kV銀三甲乙線#11一#12塔跨越江門水道,屬于跨江塔,#12塔型為ZK-57。原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為單樁連梁灌注樁基礎(chǔ),設(shè)計(jì)樁徑1.0m,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)34.0m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查,#12塔1號(hào)腿基礎(chǔ)樁下沉嚴(yán)重,導(dǎo)致連梁被拉斷破壞,造成鐵塔整體向1號(hào)腿方向傾斜,如圖1所示。

1.3地質(zhì)情況說明

本線路位于江門市新會(huì)區(qū)三江鎮(zhèn),此處主要為海陸交互相沉積地貌,地形起伏相對(duì)較小,平地段海拔高度2~15m。對(duì)#12塔進(jìn)行復(fù)勘后得到土層從上至下分布情況為:素填土層5.2m,流塑狀淤泥層24.6m,粗砂層3.4m,可塑狀黏土層2.3m,粗砂層2.3m,全風(fēng)化砂巖2.9m,強(qiáng)風(fēng)化砂巖3.1m,以下為中風(fēng)化砂巖。地下水深度為1~2m,地下水豐富,無腐蝕性。地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

2不均勻沉降原因分析

2.1特殊地質(zhì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力的影響

在樁周土層相對(duì)于樁側(cè)向下位移時(shí),土產(chǎn)生于樁側(cè)的摩阻力方向向下,稱為負(fù)摩阻力。當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過基礎(chǔ)的沉降時(shí),在計(jì)算基樁承載力時(shí)應(yīng)計(jì)入樁側(cè)負(fù)摩阻力。

通過上述地質(zhì)情況可知,塔基處上層含水量較高的流塑狀淤泥層較厚,隨著河水沖刷,河床運(yùn)動(dòng),此類土層會(huì)逐漸與樁之間產(chǎn)生相對(duì)位移,從而產(chǎn)生一定的負(fù)摩阻力,負(fù)摩阻力產(chǎn)生向下的力,導(dǎo)致樁向下壓力增大,當(dāng)持力層的承載力不能滿足樁的下壓力時(shí),樁就會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降。安全起見,此類地質(zhì)條件下的跨江塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不同于常規(guī)基礎(chǔ),需適當(dāng)考慮負(fù)摩阻力的影響。

2.2樁端持力層選擇不當(dāng)

跨江塔往往使用檔距大,鐵塔基礎(chǔ)作用力大,再加上樁負(fù)摩阻力的影響,綜合考慮,跨江塔基礎(chǔ)在選擇樁持力層時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇強(qiáng)風(fēng)化砂巖等承載力較大的土層,避免將持力層選擇為黏土層或淤泥層等承載力低的土層。

220kV銀三甲乙線#12鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為單樁連梁灌注樁基礎(chǔ),樁徑1.0m,樁長(zhǎng)34.0m。地勘資料的土層分布顯示此基礎(chǔ)的樁端持力層位于可塑狀黏土層,而可塑狀黏土層極限端阻力較小,不宜做跨江塔持力層,因此選擇強(qiáng)風(fēng)化砂巖層作為基礎(chǔ)的持力層較適宜。

2.3計(jì)算論證

2.3.1總述

在灌注樁基礎(chǔ)驗(yàn)算時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行下列項(xiàng)目計(jì)算:

(1)承受上拔力的單樁,應(yīng)計(jì)算樁的抗拔穩(wěn)定性,使樁頂處的設(shè)計(jì)上拔力不大于單樁的容許上拔力。

(2)承受下壓力的單樁,應(yīng)計(jì)算樁的下壓承載力,使樁頂處的設(shè)計(jì)下壓力不大于單樁的容許下壓力,還應(yīng)做凍切力的上拔穩(wěn)定計(jì)算。

(3)在有樁負(fù)摩阻力的地方,計(jì)算時(shí)要考慮樁負(fù)摩阻力影響。樁周土層沉降可能引起樁側(cè)負(fù)摩阻力時(shí),應(yīng)根據(jù)工程具體情況考慮負(fù)摩阻力對(duì)樁基承載力和沉降的影響。當(dāng)缺乏可參照的工程經(jīng)驗(yàn)時(shí),可按下列規(guī)定驗(yàn)算:1)摩擦性基樁:Ⅳk≤Ra:2)端承型基樁:Nk+0g≤Ra。

2.3.2鐵塔基礎(chǔ)作用力

通過查閱ZK-57塔的資料得到鐵塔的基礎(chǔ)作用力,如表2所示。

2.3.3理論計(jì)算

按照上述地勘資料,考慮樁負(fù)摩阻力影響,按照最新規(guī)程、規(guī)范對(duì)#l2塔基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算。

(1)上拔承載力計(jì)算:

各層土的抗拔系數(shù)如表3所示。

式中:7uk為單樁或基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN):λi為抗拔系數(shù)(表3):gsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2):Ui為樁身周長(zhǎng)(m):1i為樁周第i層土的厚度(m)。

設(shè)計(jì)地面以下樁自重:

式中:Gp為單樁或基樁土的自重、地下水位以下區(qū)浮重度(kN)。

式中:K為安全系數(shù),取K=2:7k為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的單樁或基樁上拔力(kN):yf=l.25。

驗(yàn)算通過。

式中:7gk為群樁呈整體破壞時(shí)基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN):cgp為群樁基礎(chǔ)包圍體積的樁自重除以總樁數(shù)、地下水位以下區(qū)浮重度(kN)。

驗(yàn)算通過。

(2)下壓承載力計(jì)算:

偏心豎向力作用下:

式中:Nkmax為荷載組合效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏心豎向力作用下樁頂最大豎向力(kN):R為基樁或復(fù)合基樁豎向承載力特征值(kN):0uk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN):gpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2):Ap為樁端面積(m2)。

驗(yàn)算不通過。

通過計(jì)算得220kV銀三甲乙線#12塔基礎(chǔ)的偏心下壓計(jì)算不能通過,說明樁端所在的黏土層地基承載力不能滿足要求,導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降,與現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的情況吻合。

3處理方法

3.1方案闡述

考慮到此塔已運(yùn)行20余年,銹蝕較為嚴(yán)重,經(jīng)與業(yè)主單位協(xié)商,本次處理方案為在舊塔大號(hào)側(cè)新建一基跨江塔代替舊塔,新塔的基礎(chǔ)充分考慮上述影響因素重新設(shè)計(jì)。

3.2鐵塔選型

新鐵塔需根據(jù)輸電線路導(dǎo)地線選型,考慮沿線地形地貌、氣象條件重新設(shè)計(jì)選型,新建鐵塔選用南方電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)中的2D2w8模塊,塔型為2D2w8-Z5-57。

2D2w8型鐵塔設(shè)計(jì)為海拔1000m以下、基本風(fēng)速33m/s(離地面10m)、覆冰厚度0mm、導(dǎo)線2×JL/G1A-400/35、地線LBGJ-150-40AC的雙回路鐵塔,直線塔呈傘型布置。

3.3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

充分考慮上述不利因素,對(duì)基礎(chǔ)的樁徑和樁長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在保證安全的前提下,盡量做到最經(jīng)濟(jì)合理。經(jīng)計(jì)算,新塔基礎(chǔ)樁徑設(shè)計(jì)為1.0m,樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為41m,樁端持力層位于強(qiáng)風(fēng)化砂巖層,能夠滿足受力要求?；A(chǔ)施工圖如圖2所示。

4結(jié)語

鐵塔作為輸電線路的重要組成部分,其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行?？缃鳛榭缭胶降赖闹匾F塔,其安全與否不僅關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行,而且關(guān)系到航道的安全運(yùn)行,其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尤為重要。本文針對(duì)實(shí)際工程中出現(xiàn)的基礎(chǔ)不均勻沉降現(xiàn)象,通過詳細(xì)分析其原因,總結(jié)出相關(guān)注意事項(xiàng),提出了實(shí)際的解決方法,可供同行學(xué)習(xí)交流。