谈论输电线路岩石抗拔论文
1引言
中国地域辽阔,岩土类别多、分布广,输电线路杆塔基础型式多种多样。在山区岩石地带的输电线路,常常利用岩石作为杆塔基础,可获得强度高、稳定好、投资少和大量节约劳动力的效果。在温~H22Okv永强一苏川同塔双回路送电线路工程中,其沿线地质条件主要为强风化岩石地区,基础作用力较大,采用岩石嵌固式基础可充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好工程力学性能,属经济环保型基础,符合环境保护的发展要求。
2试验概况
2.1工程地质条件
现场真型试验选择在线路走廊中的区A,B两个试验点进行,其中区A选择在0一ll#gt,主要岩体为砂质片岩,灰绿色,薄层状结构,岩体风化强烈,节理、风化裂隙十分发育,结构面以节理、风化裂隙为主,平均间距3~5cm,共发育4组网状结构面,强风化层厚约0.5m,以下呈中等风化,岩体产状陡立,为180度小于70度;区B选择在12一21#,主要岩体为粉砂质黏土岩,褐红色,混有风化砾石,裂隙块状结构,岩体风化强烈,节理、裂隙十分发育,结构面以层面、风化裂隙为主。约4组结构面将岩体切割为5~20cm见方的岩块,结构面平均间距5~15em,表层约有0_3m基岩残积土,强风化层厚1.0~1.5m,以下呈中等风化,产状近水平,浸水易软化崩解。
2.2基础设计荷载与尺寸
基础上拔设计荷载为1500kN,X向水平设计荷载为250kN,Y向水平设计荷载为220kN。输电线路杆塔基础主要承受上拔荷载与倾覆荷载的共同作用,且在上拔设计荷载作用下,岩石嵌固式基础必须同时满足锚筋强度、锚筋与砂浆黏结强度、砂浆与岩石黏结强度、岩石等代极限剪切强度等4种条件的强度要求。以上4种强度条件控制中,岩石等代极限剪切强度是关键因素之一,而相关技术规定【9】中其计算参数ts的取值范围是一个很大的区间,在没有试验数据的情况下,如何进行取值是一个复杂的技术问题。为了保证基础满足抗拔试验的要求,且能与加载系统顺利衔接,每个基础沿着正八角形埋设8根直径55mm地质螺栓,长度比基础埋深~50mm。
2.3加载系统
试验加载系统主要包括垂直方向上拔力、x和Y向水平力2个子系统,它们既相互独立又相互联系。竖向上拔加载设备主要包括千斤顶、连接框架、反力钢梁和反力基础组成,千斤项最大加载能力为5000kN;连接框架主要包括80mm厚的钢板、千斤顶下底板、千斤顶上顶板、配套的地脚螺栓及其螺帽等;反力钢梁采用经焊接加固后的7根56b工字钢钢梁,钢梁长12m,设计最大承载力可达5000kN;由于此次试验场地区域主要为岩石地区,反力墩基础可满足地基强度和变形的要求,因此主要采用枕木基垫的反力墩基础。水平加载装置都要包括连接件、钢丝绳、滑轮组或滑车、手拉葫芦等,水平反力利用地锚来实现,基础顶部通过滑轮组、钢丝绳和连接件组合与反力地锚相连,对试验基础的加卸荷通过手拉葫芦调节钢丝绳来实现。
2.4加载方案
试验采用慢速荷载维持法,但在现场试验过程中,可根据以往类似经验对加载初期的低荷载采用快速荷载法。具体加卸载方案、加卸载终止条件、极限承载力的'确定见相关规范。
3试验结果分析
3.1基础荷载一位移曲线
根据相关技术规定(9),基础的上拔荷载至少加载至设计荷载的2.oN,基础的水平荷载加载至设计荷载的1.6倍。A2,A1,B2,B1,B3基础的最大上拔荷载分别为3600,4200,3900,4200,5000kN,分别为设计荷载的2.4,2.8,2.6,2.8,3.3倍:A2,B2,BI基础的最大水平荷载最大加载至400kNIX方向),352kN(Y方向),为水平设计荷载的1.6N,均满足规范要求。
3.2基础极限承载力的确定
(1)5个基础的上拔荷载一竖向位移曲线变化规律基本相同,当上拔荷载加载至设计荷载1500kN时,除A2基础在联合工况下的1.08112111与Bl基础在单纯抗拔条件下(lgo.73mm竖向上拔量稍大以外,其余基础竖向变形量均很小,岩土体基本上处于完全弹性状态;随着上拔荷载的增加,基础均未表现出破坏迹象,仅仅是由于反力墩基础的不均匀沉降、反力钢粱的极限承载力不足、基础混凝土承台被拉裂等客观因素的影响而停止加载。5个基础的最大抗拔加载量为5000kN,且为基础截面尺寸最小与埋深最浅的B3基础,以最大试验荷载作为极限抗拔承载力的判定依据,可综合判定:5个岩石嵌固式基础的极限抗拔承载力至少为5000kN。
(2)现场真型试验基础的水平荷载一水平位移关系曲线基本成线性,且水平位移均很小,未达到10mm的极限位移量。因此,以最大加载荷载作为极限水平荷载,可综合判定5个岩石嵌固式基础的极限水平荷载,xyN极限水平荷载分别为400,352k.N。
3.3岩石等代极限剪切强度的确定
根据相关资料【15】,区B属于中等风化软质岩石;根据相关技术规定(9)中表10.2.4中ts值的规定,推荐ts=20~40kpa结合上述试验结果.最终取ts=40kPa。供设计参考。
3.4基础的稳定性验算
对于岩石嵌固式基础,由于破坏机制不同,相关技术规定(9)中的剪切法与土重法往往不再适用,选用极限平衡理论验算基础的整体稳定性。根据极限平衡理论计算出的极限抗拔承载力与现场试验结果基本吻合,因此可采用极限平衡理论验算基础的整体稳定性,但现场岩石基础的安息角应慎重取值。
3.5N脚螺栓荷载传递特性
地脚螺栓在拉拔荷载作用下处于弹性状态,可由试验所测得的应变值,按照弹性理论计算地脚螺栓的应力分布,然后得到基础立柱截面的轴力分布,从而分析讨论基础立柱的受力性能。
(1)N脚螺栓在单纯抗拔荷载作用下的轴力分布非常有规律,自上而下逐步减弱。
(2)N脚螺栓在上拔荷载较小时。基础深处的地脚螺栓几乎不受影响;只有当上拔荷载较大时(大于3600kN),基础深处的地脚螺栓才会受到上拔荷载的影响。
(3)基于一定的安全系数的考虑,对于220kV永强一苏川输电线路工程岩石嵌固式基础而言,杆塔作用力对基础地脚螺栓的影响深度可取2.8m左右。因此,在满足设计与构造要求的前提下,岩石嵌固式基础中的地脚螺栓或受力主筋可适当缩短。
4结语
(1)现场试验荷载一位移曲线表明,岩石嵌固式基础的极限抗拔承载力大于5000kN,置yN极限水平荷载分别为400,352kN,均满足设计要求。
(2)根据现场试验结果,岩石嵌固式基础的岩石等代极限剪切强度可取e=40kPa,供设计参考。
(3)验算岩石嵌固式基础稳定性时,可根据极限平衡原理计算,其中岩石安息角应根据具体现场地质资料慎重取值。
(4)基于一定的安全系数的考虑,对于220kV永强一苏川输电线路工程岩石嵌固式基础而言,杆塔作用力对基础地脚螺栓的影响深度可取2.8m左右。因此,在满足设计与构造要求的前提下,岩石嵌固式基础中的地脚螺栓可适当缩短。
(5)与其他类型基础的比较,采用岩石嵌固式基础的经济效果明显,且有利于环境保护。经现场真型试验表明,岩石嵌固式基础安全可靠、经济环保,充分发挥了原状岩体的力学性能,具有良好的抗拔和抗倾覆性能,符合“资源节约型、环境友好型”输电线路建设的要求,完全可在风化性较强的山区岩石地基输电线路工程中推广应用。
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