复合装配沉井基础设计与经济分析
发表时间：2017-10-18T10:44:11.830Z 来源：《电力设备》2017年第16期作者：何金业1 邓海骥1 白伟2 杜启收1 刘蛟1 崇敦[导读] 摘要：目前输电线路工程在沙漠及类沙漠地区的工程越来越多，输电杆塔基础的施工、造价优化和环境改善已成为主要制约因素，复合装配沉井基础在风积沙、流沙和软土地基的地质中解决了此问题，凸显了其施工简单、造价经济和环境保护的优势，在风积沙、流沙和软土地基中值得应用研究。
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（1.中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司新疆乌鲁木齐 830002；2.国网新疆电力公司新疆乌鲁木齐 830002）摘要：目前输电线路工程在沙漠及类沙漠地区的工程越来越多，输电杆塔基础的施工、造价优化和环境改善已成为主要制约因素，复合装配沉井基础在风积沙、流沙和软土地基的地质中解决了此问题，凸显了其施工简单、造价经济和环境保护的优势，在风积沙、流沙和软土地基中值得应用研究。
关键词：输电线路；沙漠，板条；沉井；复合装配沉井基础 [abstract]The transmission line project in the dert and dert engineering more and more，the transmission tower foundation construction，cost optimization and environmental improvement has become the main restricting factors，geological composite sand，sand asmbly caisson foundation and soft soil foundation in the
wind in the solution to this problem，highlighting its simple construction，economic cost and environment protect the advantage in aeolian sand，sand and worthy of application in soft ground. [Keywords]Transmission line；dert panels；caisson；composite asmbly caisson foundation. 引言
花蛤的营养价值随着我国经济迅速发展，电网建设发展非常快速，输电线路联网越来越完善，电压等级也越来越高。随着国家发展战略部署和相关方针政策的实施，电网覆盖范围将更广，途径地质地形更为复杂，其中沙漠地区是常见的地形。新疆境内存在我国塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特两大沙漠。独特的沙漠特点给新疆的输电线路工程建设带来了一定困难。（1）沙漠移动性强，一般处于移动或半移动状态；（2）沙漠土体上拔角较小，一般为10度左右，基础基坑开挖量较大；（3）沙漠地基的腐蚀性较强，一般为中强腐蚀；（4）施工用水运输较远，一般需要100km以上。根据已有工程经验，沙漠地基基础造价分别是粉土地基基础和角粒地基基础造价的1.5倍和1.8倍，建设工期分别是1.7倍和2.5倍。因此研究适用于程沙漠地区的输电线路工程基础具有重大意义。
1 复合装配沉井基础设想
在新疆地区穿越沙漠的“轮台-塔中220kV输电线路工程”和“220kV塔中-且末输电线路工程”中均采用了装配式基础。装配式基础由混凝土板条和型钢格构柱组成，混凝土板条和型钢格构柱采用工厂化预制，
扪参历井仰胁息解决了现场工地原材料及水的运输，降低了施工成本，减少建设周期。装配式基础在上述两个工程的应用显示出了较大了优越性。同时因采用钢材格构柱及基坑中组装板条造成不利于防腐、基坑土方开挖工程量较大等缺点。
在参考装配式基础、沉井基础的优点及结合沙漠地基的特点，提出了复合装配沉井基础。复合装配沉井基础由混凝土板条、混凝土沉井和现浇混凝土底板三部分组成，如图1所示。混凝土板条和沉井由工厂预制，可批量生产加工，成品后运输到施工现场。施工时先对沉井进行定位，沉井开挖和下沉同时进行，沉至设计埋深时采用现浇混凝土底板封底并回填，沉井内回填土填满压实后组装混凝土板条及地脚螺栓。复合沉井基础的沉井、板条等构件均在工厂预制，可采用高强度混凝土，这解决了强腐蚀条件下高等级混凝土施工现场施工困难问题，同时预制件也解决了沙漠地基基础施工原材料运输困难和费用较高的问题；沉井下沉可自身成为基坑开挖的支护，减少基坑土方量开挖，降低基坑开挖费用。
复合装配沉井基础示意图如下：
图1 复合装配沉井基础示意图
2.复合装配沉井基础设计原理
复合装配沉井基础采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以分项系数表达的极限状态设计表达式，
对复合装配沉井基础进行竖向（抗拔或抗压）承载力计算和水平承载力计算。复合装配沉井基础承载能力极限状态的计算应采用作用效应的基本组合。将土体视为弹性变形介质，依据“m法”控制刚性条件，基础按刚性设计，考虑复合装配沉井基础上下部协同工作和土的弹性抗力作用，假定沉井顶面标高处的水平抗力系数为零，并随深度增长。忽略板条与土之间的粘着力和摩擦力对抵抗水平力的作用，忽略井底吸附力对抵抗拔力的作用。 1）上拔稳定计算
复合装配沉井基础承受上拔与水平荷载作用时，主要由板条及沉井的自重（含井内填料）井壁与土体间的摩阻力来抵抗，井底吸附力和基础侧向压力不予考虑。上拔稳定可按式（1）计算：
2）下压稳定计算
当基础承受下压和水平荷载作用时，考虑原状土的侧向土压力作用，由沉井底的地基反力和井壁的侧摩阻力及土的弹性抗力来平衡。设计时依据m法控制刚性条件，基础按刚性设计：
3.复合装配沉井基础试验
2016年10月，新疆电力公司、中国电力科学院和新疆院三家公司在古尔班通古特沙漠对复合装配沉井基础进行了真型试验。针对我国单回输电线路220kV、500kV和750kV铁塔基础作用力，分别设计了基础上拔力为300kN、500 kN和1000 kN的复合装配沉井基础，试验采用如下4个工况，试验方案和基础尺寸见表1。工况Ⅰ：上拔承载力
工况Ⅱ：水平承载力（水平位移10mm）工况Ⅲ：下压承载力
邪恶三国工况Ⅳ：上拔+水平（水平位移10mm）表1 复合沉井基础尺寸与试验工况
由以上图表分析可知，复合沉井基础的极限上拔力为设计值的70~92%；复合沉井基础的抗水平承载性能与抗压承载性能均满足设计要求，结构无破坏。 1）通过试验数据反算得到沉井侧向摩阻力标准值的平均值为16kPa，与设计侧向摩阻力标准值30kPa相差较大。但是随着沉井埋深加深而增大，当埋深小于2.5m时，侧向摩阻力较小，埋深大于4.0m时，侧向摩阻力与规范设计值趋近。 2）沙漠装配沉井基础设计应考虑风积沙侧阻较小因素，建议采用深沉井结构，提高输电线路基础安全可靠性。
4.复合装配沉井基础经济性分析
复合装配沉井基础是依靠沉井自重下沉的基础型式，因此一般适用于流砂、软土等软弱地基。
蒸碗的做法大全东芝笔记本怎么样沙漠地基土参数，重度r=15kN/m3，内摩擦角φ=18°，上拔角φ=10°，承载力特征值fak=120kPa，侧阻qsi=16kPa，基础埋深范围内无地下水。分别取上述试验荷载对可用于沙漠地基的不同型式基础进行设计比较，混凝土1000（800）元/m3，钢筋单价3500（3200）元/t，基坑土方70元/m3，地脚螺栓单价5000元/t（上述费用均考虑施工因素，括弧内为装配式基础混凝土和钢筋单价）。基础工程量和费用计算
见表3~表5。
表3-表5列出了各型式基础的材料用量和综合造价，具体分析如下：
1）混凝土用量：由于装配式基础的格构柱采用了型钢骨架，底板采用钢筋混凝土板条，混凝土用量最小；刚性台阶基础须满足台阶基础刚性角要求，混凝土用量最大；复合装配沉井基础结构主要为梁板组合结构混凝土用量偏小，但较板式直柱基础混凝土用量大。
2）钢材用量：装配式格构柱采用了型钢格构柱，同时板条内配筋，因此钢材用量最大；刚性台阶基础只主柱配筋，钢筋用量最小；复合装配沉井基础基础结构主要为梁板组合结构，板条为小截面构件，配筋相对较多，沉井截面较大，构造配筋较多，故而钢材耗量也较大。
3）基坑土方量：复合装配沉井基础只上部板条部分开挖，沉井部分为原状土挖孔，基坑土方量为开挖基础基坑土方量的1/10~1/7。 4）综合造价：复合装配沉井基础造价节约客观，主要有两方面原因：（1）复合装配基础原材料在工厂加工养护，基础施工原材运输降低；（2）复合装配沉井基础基坑土方量较小，施工支护养护费用较低。
综合比较分析，复合装配沉井基础是一种优越性的沙漠基础，在新疆沙漠输电线路工程中应用，可提高工程质量，降低工程造价。
5 结论
1）复合装配沉井基础的抗水平承载力和抗压承载力较好，上拔承载力较弱。沙漠地基侧阻较小，随着沉井埋深增加而增加，当沉井埋深大于4m时，侧阻力与规范值接近。
2）在沙漠风积沙地区，输电线路杆塔复合沉井装配基础与直柱板式基础、刚性台阶基础、装配式基础比较，基础工程费用较低。
3）复合装配沉井基础可缩短建设周期，提高基础质量和防腐蚀质量，节约地脚螺栓消耗，提高施工安全管理。
4）复合装配沉井基础基坑土方开挖量少，对环境植被破坏小，有利于保护环境。
参考文献：
[1]DL/T 5219-2014架空输电线路基础设计技术规程[S]
[2]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S]
[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]
[4]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S]
大材小用的意思
[5]何金业，邓海骥，刘蛟，崇敦.复合装配沉井基础施工研究[J].工程技术，2016，11；123~124.
[6]郑伟峰，邓海骥，何金业.输电线路岩石锚杆基础试验研究[J].建筑科学，2012，09；57~59.
基金项目：
国家电网科技项目《输电线路基础模块化设计及施工关键技术研究》，合同编号SGXJJY00XMJS1502047，SGTYHT/14-JS-188科学技术项目合同。
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