输电线路岩石嵌固式基础抗拔试验探究

输电线路岩石嵌固式基础抗拔试验探究

张超

（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司）

摘要：我国幅员辽阔，岩石分布广泛，输电线路杆塔的基础样式也较多，在岩石地带架设输电线路常常需要将岩石作为杆塔基础，这样可以保证杆塔的稳定性，用最少的投资获取最大的效益。本文将以输电线路岩石嵌固式基础为研究对象，开展抗拔试验，分析该基础的承载机制及破坏特性，从而定量分析其经济效益。

关键词：输电线路；岩石；嵌固式基础；抗拔试验

部分输电线路在架设杆塔的过程中需要经过风化岩石地区，岩石地区的基础作用力要大于一般地质环境，采用嵌固式的基础样式可以充分利用原土质的承载优势，获得较好的力学性能，更加经济环保。但是受到施工经验、技术条件的限制，在嵌固式基础施工中仍然存在较多的问题，而且在高电压等级输电线路的嵌固式基础施工方面无可供参考的资料。因此，开展岩石嵌固式基础抗拔试验研究有助于进一步深化输电线路塔杆基础工程的系统理论，从技术上加以改进，具有广泛而深远的现实意义。

一、岩石嵌固式基础在输电线路杆塔架设过程中的应用优势

随着电网建设步伐的加快，输电线路的建设规模越来越大，杆塔建设数量也越来越多，电网规模不断的同时也带来了较多的问题。一些偏远地区的地层覆盖层以风化岩石为主，包括泥岩、砂岩、玄武岩等，输电线路基础一般是采用大开挖式，虽然具有成熟的理论和技术经验作为支撑，但是施工中所用的土石方工程量较大，容易对自然环境产生一定的破坏[1]。在这种情况下人们逐渐探索出一种适合岩石地层的嵌固式基础，这种基础类型能够充分利用原状土的力学优势，对地形和自然环境的破坏也较小，而且其施工过程无需支模，可以最大限度的缩短工程周期，减少材料的同时降低施工费用。可见，嵌固式基础在输电线路中的应用优势是十分显著的，分析其抗拔性能对于提高其应用水平具有重要意义。

二、试验过程

（一）地质条件分析

进行输电线路岩石嵌固式基础抗拔试验的前提和基础是选择适当的试验场地，所选场地需要满足一定的地质条件才能保证试验结果的准确性。本次研究所选试验场地的岩石为中等风化裸露岩石，主要为薄层状结构，节理发育比较明显，局部岩石表面可见凹痕，岩石起伏差在0.5-1.2m之间。

荷载与尺寸设计

本次试验所设计的基础荷载T=315N，水平方向与垂直方向上的基础荷载值相等，即Hx=Hy=52N，试验主体的基础尺寸见图1所示：

图1试验主体基础尺寸

（三）加载方案

确定基础尺寸后下一步就是设计加载方案，本次试验拟采用两种加载方案，一是循环加载，二是破坏加载。循环加载每一级的荷载加量为25%，一直加到100%之后再逐渐卸载，直到荷载为0，反复进行3次。破坏加载每一级的荷载加量同样为25%，但是最大荷载值为125%，之后逐渐递增荷载至基础破坏[2]。循环加载和破坏加载都需要用到上拔加载系统，上拔加载系统可以作为加载装置为试验过程提供指定的荷载。加载装置由连接装置、千斤顶、破裂面和反力架等几部分组成，千斤顶所施加的荷载经过连接装置作用于试验基础上，加载过程中需要调整好三角支架，使加载装置中心与基础中心位于同一条竖直线上，必要时需要用经纬仪进行校对，保证误差小于10mm。水平方向的荷载可以通过合力的方式进行，采用传感器作为计力装置，需要注意的是，上拔力和水平力加载需要同步进行。

三、数值计算与试验结果分析

（一）绘制荷载-位移曲线

为了保证试验结果的可靠性，本次试验同时对7个基础进行了加载试验，每个基础之间的加载倍数不同，分析试验观测数据可以发现，在循环加载过程中，7个基础的荷载-位移曲线均呈现出明显的线性关系，卸载后未出现应变，表明此时的基础仍处于弹性阶段。在破坏加载过程中，7个基础的荷载-位移变化曲线相同，当加载到100%时基础的应变量较小，表明此时基础处于完全弹性阶段，当荷载超过100%时出现明显的上拔位移，表明此时基础处于弹性阶段。也就是说即使是在超载状态，基础仍能保持较好的弹性状态[3]。当加载倍数超过200%时，上拔位移发生了突变，表明此时的基础处于弹塑性阶段，有可能发生岩石破坏。基础荷载-位移曲线见图2。

图2基础荷载-位移曲线

（二）基础稳定性验算

嵌固式基础在加载过程中同时受到上拔力、自身重力和摩擦力的作用，受到多种力的作用最终保持极限平衡状态，通过三种力的迭加计算可以得知极限上拔荷载与上述试验结果基本保持一致，而且安全系数较高。

（三）经济性评价

上述试验和验算过程表明嵌固式基础基本可以满足安全和可靠性要求，但是单纯符合上述要求是远远不够的，只有同时符合最低造价原则才能保证输电线路杆塔施工符合要求。目前杆塔施工所采用的基础类型包括直柱式基础、阶梯式基础、斜插式基础等，在经济性评价过程中需要结合实际的工程运距和施工条件，将各种基础的技术指标包括土石方、钢材用量等进行对比分析，最终得出经济性最高的基础。常见基础的多项技术指标对比见表1。从表1数据可以看出，嵌固式基础在各项经济指标上均具有显著优势，材料更少，造价更低，因此，具有较好的经济性。

四、试验结论

通过上述试验过程和试验结果分析可以得出以下结论：（1）嵌固式基础的抗拔力满足设计要求，而且稳定性较高；（2）考虑到施工安全和基础安全系数，对于特殊岩石地区的嵌固式基础来讲，地脚螺栓的深度需要经过现场测算，在满足设计要求的前提下可适当缩短；（3）与其他基础类型相比，嵌固式基础的经济性更高，值得在输电线路架设工程中推广使用。嵌固式基础抗拔试验表明，此种基础类型的安全性及经济性均较高，可以有效发挥岩石自身的力学性能，具有优越的抗拔性能，更加符合我国建设资源节约型社会的宗旨，而且完全符合我国输电线路的建设要求，可以在风化岩石地基输电线路基础施工中加以使用。嵌固式基础充分利用了岩石的承载性能，在满足荷载条件的前提下，其基础体积更小，而且施工过程无需进行支模、回填操作，养护起来也更为简单，基本上不会破坏施工现场的自然坡度。需要注意的是，虽然嵌固式基础具有上述种种优点，但是施工技术要求较高，对成孔质量有着严格的要求，为了保证基础结构的整体性，需要做好开凿工作的监督管理工作。同时还要辅助使用小型的风镐，保证成孔质量。

结语：

本次输电线路岩石嵌固式基础抗拔试验表明，嵌固式基础的各项测试结果均满足规范要求及输电线路铁塔架设要求，具有显著的安全、经济优势。由于嵌固式基础大都位于岩石层上，而且岩石风化程度不同，因此，不同岩石层的强度和厚度也有所不同，因此，在进行抗拔试验之前，首先要对试验场地进行详细的勘察，了解工程地质条件，结合施工特点科学设计加载方案。由于输电线路的跨度较大，因此抗拔试验结果只能作为相似地质条件下的工程参考，实际工程仍需大量试验才能满足要求。

参考文献

[1]汪德敏,阮少林,刘长征.上覆浅层黏土的嵌固式岩石基础上拔试验研究[J].黑龙江电力,2015,01:49-53.

[2]吴聂斌.闽江大跨越塔岩石锚杆基础设计与真型试验研究[J].城市建筑,2013,14:292-293.

[3]孙益振,郑卫锋,范志强.输电线路节理化岩体注浆锚杆基础抗拔力模型试验研究[J].岩土力学,2012,01:78-82