岩石基础

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线路的基础结构设计历来是线路工程设计中的重点。各工程基础型式因荷载不同及其沿线的地质地形情况的差异而有所不同,即使在同一线路中,由于地质条件的变化也需采用不同的基础型式。针对220kV哈密开关站-山北变送电线路工程中A74#~A104#为低山段,A105#~A131#为高原湿地及陡峭高山,需考虑采用合适的基础型式,因此本工程在山区基岩段基本采用了岩石基础。

1.1 岩石基础

国内外岩石锚桩大致有直锚式、承台式、嵌固式三种基本形式。直锚式和承台式是把锚筋直接锚固于灌浆的岩石孔内,借岩石本身、岩石与砂浆间以及砂浆与锚筋间的粘结力来抵抗上部杆塔结构传来的外力,以保证对杆塔结构的锚固稳定;嵌固式类似于掏挖基础,可用于强、中风化基岩的地质条件。直锚式具有工艺简便、造价低等优势,而承台式和嵌固式作为不能采用直锚式的补救方式。当采用上述三种型式的基础时,要结合具体塔位的岩石情况,尤其在施工开挖后应逐基复查,以使设计的岩石锚桩基础安全、合理。

(1)直锚式锚桩基础

这种基础型式以地脚螺栓作为锚筋直接锚入岩石,因地脚螺栓间距较小,故仅适用于覆盖层较薄的硬质未风化或微风化岩石中。一般采用机械钻孔,高标号水泥砂浆灌入,与地脚螺栓粘结形成锚桩,顶部浇以不小于塔脚底板的混凝土承台。这种基础型式遇局部有夹层时,应扩大岩石孔,将每个地脚螺丝组埋入一个孔内。该型要求岩石整体性好,覆盖层薄,钻孔施工要求高,因此其应用范围受到较大限制。

(2)承台式锚桩基础

这种基础型式通过钢筋混凝土承台将锚桩与地脚螺栓连接成整体,适用于覆盖层较厚的硬质中等风化岩石和软质微风化岩石。锚桩用砂浆或细石混凝土锚固,承台由钢筋混凝土浇成。当岩石整体性较差时,需要加大锚筋间距或需要四根以上的锚筋,施工时也需机械成孔,不宜用于强风化地质条件,而且承台混凝土用量较大。

(3)嵌固式基础

该型基础适用于强风化岩石条件。嵌固基础是将地脚螺栓直接浇注在坡度1/6~1/8的混凝土墩内,该型基础埋深不宜过深(≤2m),承载力一般在200kN以内,故只能应用于220kV及其以下的自立式杆塔基础。

本线路地质条件复杂,但大多为粘性土和中等风化岩石,或粘性土夹碎(卵)石。通常情况下,表层为硬塑及坚硬状态的粘性土覆盖层(无地下水),下部为强风化或中等风化岩石。这样的地质条件适宜做原状土基础。岩石基础作为一种原状土基础,有多种型式,可以适应不同岩石条件,而且具有原状土基础的共同优势,就是充分利用了原状土体的抗拔性能,大大降低了土石方开挖量,施工可不用模板或少用模板,简化了施工工艺。由于开挖量小,其经济和社会效益也十分明显,岩石基础造价仅为台阶基础的50%左右。因此,本山区线路使用了该型基础,除非基坑难以掏挖成形时。

因为岩石嵌固基础不能抬高主柱,在山区里采用还是有很大的局限性,针对这种情况,我院设计了主柱配筋的岩石嵌固基础,满足了铁塔全方位高低腿配高低柱基础的需求。

岩石嵌固基础的优点:

(1)岩石嵌固基础可减小基础变形。

(2)山区回填土(粘性土)来源较困难,岩石嵌固基础不需回填土。基础不需回填,避免了山区大面积开挖浇制基础后需用砂土回填的问题,同时也解决了岩石基础中回填土夯实的问题。山区基面边坡窄小时岩石嵌固基础每边可减小保护范围1~2m,同时掏挖基岩利于环保。

(3)节约成本:采用岩石基础大大减少了普通基础所需的混凝土和钢材,减少降基后岩石运输量,减少支模和模板等基础浇制所需的工器具运输。

(4)减少了对原地貌植被的破坏,有利于水土流失的控制和山体的稳定性,岩石基础施工降基工作量大大减少,受自然天气影响滑坡的可能性大大降低,有利于基础上方山体的水土流失和山体稳定性。

(5)岩石基础地下部分尺寸不受模数的限制,材料利用率高。

(6)岩石嵌固基础底板没有钢筋,基础耗钢量小,施工方便。

(7)有利于环境保护:大面积开挖会导致山体下方滑落的岩石或粉尘破坏下方的植被,山体上方的植被破坏也大大减少,有利于山体的环境保护。

岩石嵌固基础的缺点:

(1)对地质条件要求较高,基岩的覆盖层要浅,基岩的整体性要好,基坑能够掏挖成型,所以适用范围受限。

(2)对塔型和基础作用力有较大限制,目前施工时大多采用人工掏挖,故基础主柱的截面直径不能太小,以保证有足够的施工空间,所以主柱的构造尺寸较大,一般最小为800mm,基础作用力较小时不经济;由于全掏挖基础底部的扩挖不宜过大,底板为刚性,底板宽度有所限制,对于较大基础作用力时只能增加主柱直径,势必造成混凝土用量加大,表1-1列出不同基础作用力(直线塔)下岩石基础和板式斜柱基础的比较,可见岩石基础的混凝土及钢筋用量均比板式斜柱基础的混凝土及钢筋用量小。

表1-1 岩石基础和板式斜柱基础比较表

表中统计混凝土及钢材量均为一基塔的工程量。

综上所述比较可看出岩石嵌固基础可以减少基础工程量、减少基础材料运输量、缩短基础施工工期,从而达到降低工程造价的目的,而且对环境保护以及今后的安全运行、方便维护均具有极其重要的意义。