1000kV淮河大跨越基础优化设计研究

1000kV淮河大跨越基础优化设计研究

罗先国方晴王旭刘汉生

（湖北省电力勘测设计院武汉市430040）

摘要：输电线路大跨越往往需要在河道中立塔，塔位处水文、地质条件复杂。大跨越基础在承受上部结构传来的拉、压交变荷载作用的同时，也承受较大的水平荷载。本文结合1000kV淮河大跨越水文地质概况，进行了基础选型比较，并对所选基础型式进行了优化，基于现行规程规范，对基础沉降等关键技术问题进行了重点研究，最后对全文进行了总结。

关键词：特高压；淮河大跨越；基础设计；灌注桩；沉降

1.引言

淮南~南京~上海特高压交流工程淮河大跨越工程位于淮南市东北高皇镇闸口村附近，左岸是高皇镇，右岸是洛河镇，跨越方式为“耐-直-直-耐”，跨越档距1503m，各档距分布为604m-1503m-524m，耐张段全长2631m，按双回路设计。大跨越导线采用JLHA1/G6A-500/230特高强钢芯高强铝合金绞线，基本风速30m/s，覆冰厚度15mm。

在大跨越工程设计过程中，基于现行规程规范，对基础选型、基础优化、沉降分析等关键技术问题进行了重点研究，并对淮河大跨越基础设计进行了总结。

2.水文地质概况

淮河大跨越段地处淮河冲积平原区，标高17.35～22.45m，地形平坦开阔。

根据《淮河流域防洪规划报告》以及《淮河干流行蓄洪区调整规划》研究成果，淮河大跨越100年一遇洪水位为24.42m。

通过冲刷分析计算结果，左岸跨越直线塔总冲刷深度为1.33m，右岸跨越直线塔总冲刷深度为1.61m。

淮河为III级航道，最大驳船为1000吨级。考虑20年一遇最高通航水位及本工程的重要性，两岸跨越直线塔均应考虑失事船只对塔基的碰撞影响，同时右岸跨越塔还需考虑树干、倒塌房屋的残体对塔基的撞击影响。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），跨越段环境类型为Ⅲ类，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；按干湿交替考虑，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

跨越地段上部覆盖层为第四系全新统河流相冲积、湖相沉积的淤泥质粉质黏土、黏土、粉土及第四系中上更新统残积形成的粉质黏土、粉细砂等，覆盖层厚度约45.0～58.0m；下部基岩为白垩系砂岩、泥岩。

考虑到淮河大跨越地段塔基岩土构成、分布特征，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中有关划分标准：大跨越地段的场地土类型为中软土，建筑场地类别属Ⅱ类。

由《中国地震动参数区划图（1：400万）》（GB18306-2001），大跨越区域跨河段地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为VII度。

根据勘察结果分析，按基本烈度Ⅶ度时判定，淮河左岸跨越塔下粉土层液化层深度2.0～13.5m，平均液化指数IlE=39.0，液化等级为严重液化。淮河右岸跨越塔下粉土层液化层深度2.9～9.1m，平均液化指数IlE=10.2，液化等级为中等液化。

根据《架空送电线路基础设计技术规范》（DL/T5219-2005）第5.0.13条规定，本工程需考虑地震液化影响。

3.基础型式选择

大跨越工程的基础通常必须承受几千吨由上部铁塔传递下来的作用荷载，采用一般形式的基础已经不能满足基础强度和稳定的要求，所以绝大多数大跨越工程都采用桩基础。目前大跨越工程中应用的基础型式主要有灌注桩、PHC桩、钢管桩等。

通过对各桩型的技术和经济比较分析，PHC桩在成品质量，单桩承载能力，基础沉降控制和总体造价等方面有较大的优势。但是，PHC桩必需使用打桩设备，打桩时地面震动比较严重，特别是打桩时发出的噪音对周围居民生活影响较大，容易与当地居民发生矛盾。由于本工程塔位离居民住地较近，因此不推荐采用PHC桩。

钢管桩也需要采用打桩机沉桩，虽然打桩时的震动和噪音比PHC桩有所改善，但是基础的综合造价明显高于PHC桩和灌注桩，所以也不推荐在本工程中使用。

根据以上分析，对于本工程的具体条件，采用其他2种桩型都不太合适，所以本工程推荐采用灌注桩基础。

Fig4-5Planefigureforfoundationofcrossingtangenttower

5.基础沉降有限元分析

由于淮河大跨越段所处地质条件复杂，且灌注桩基础桩长达47.0m，因此基础沉降也是本工程基础设计的重点之一。

5.1桩土有限元模型建立

桩土共同作用是一种边界条件非线性问题，接触面的本构模型是研究桩土共同作用最基本、最重要的内容。因此，建立合理的接触面本构模型对研究桩土共同作用意义重大。首先进行如下假定：

①每一层土均假定为各向同性的均质体；

②桩体为线弹性材料，土体为理想弹塑性材料；

③不考虑土体的排水固结；

④在桩土之间设置Goodman接触单元。

基于以上假设原则，选定土体的本构模型为弹塑性Drucker-Prager模型。该模型采用的是DP材料，其材料特性包括内摩擦角、膨胀角和粘聚力。

桩土共同作用分析的关键在于桩土界面的接触模拟，桩体选用具有大变形、大应变性能的SOLID45实体单元来模拟。并且利用ANSYS12.0软件中的TARGE170刚柔面-面接触单元来解决桩和土体之间因外来荷载作用产生开裂或者滑移问题。其桩土模型示意图如图5-1所示。

经计算分析，桩顶最大沉降量约11cm，桩周最大沉降量约27cm，满足规范沉降要求。由图5-2可知，桩顶受荷时，桩的沉降带动周边土体一起沉降变形，土体形成以桩为中心的沉降盆，距离桩体越远，土体的沉降越小，反之亦然。同时由于上部荷载较大，桩土间发生了相对滑动，故桩顶周边的土沉降较桩的沉降要大。

6.结语

本文根据实际水文地质条件，从基础选型、基础优化、沉降分析等几个方面介绍了1000kV淮河大跨越基础的设计研究情况，主要结论如下：

（1）根据实际水文地质条件以及现行规程规范要求，大跨越基础设计需考虑防撞、防冲刷以及地震液化等因素。

（2）通过对PHC桩、钢管桩、灌注桩等桩型的技术和经济比较分析，PHC本体成本最低，灌注桩成本次之，钢管桩成本最高；但PHC桩施工时噪音最大，对周围环境影响较大，钢管桩次之，灌注桩施工噪音最小，综合考虑本工程推荐选用灌注桩基础。

（3）分别从桩径、桩长、桩距、承台厚度等几个方面对低承台灌注桩进行了优化，得出在满足受力及构造要求前提下，桩径较小、桩长较长、桩距较小、承台厚度较小时，基础方量及经济指标最优，并在此基础上，得出了淮河大跨越基础尺寸。

（4）利用ANSYS12.0有限元软件，对淮河大跨越基础进行了桩土共同作用建模计算，得出桩顶沉降量约为11cm，桩周土沉降量约为27cm，满足设计规范要求。

参考文献：

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[5]甘凤林，黄金花，徐健，马涛.考虑桩土相互作用的大跨越基础桩距优化研究[J].电力学报，2009，24（2）：94-100.

作者简介：

罗先国（1986-），男，湖北荆州人，硕士研究生，工程师，主要从事输电线路结构设计；

方晴（1983-），男，湖北武汉人，硕士研究生，高级工程师，主要从事输电线路结构设计；

王旭（1988-），男，湖南益阳人，硕士研究生，工程师，主要从事输电线路结构设计；

刘汉生（1957-），男，湖北武汉人，本科，教授级高工，主要从事输电线路工程设计。