江门220,kV银三甲乙线#12跨江塔基础产生不均匀沉降原因分析及处理方法
时间：2023-01-16 14:45:08 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘 洁
（江门电力设计院有限公司，广东 江门 529000）
高压输电线路铁塔作为电能输送系统的重要组成部分，其安全与否至关重要。输电线路跨江塔一般距离河道近，而珠三角地区主要为海陆交互相沉积地貌，地质条件差，淤泥层厚且呈流塑状，含水量高，例如江门市新会区三江镇江门水道附近的淤泥层厚度普遍达到20～30 m，此种情况下，基础设计需重点考虑特殊地质条件的影响，避免由于地基土承载力不足而出现桩不均匀沉降现象。
1.1 全线概述
现状220 kV银三甲乙线起于220 kV三江变电站，止于220 kV银湖变电站，工程位于江门市新会区三江镇，沿线地形为平地。项目于2002年12月投产，线路全长4.897 km，全线杆塔21基，导线采用2×JL/LB1A-400/35铝包钢绞线，地线采用一根LGJX-70/40钢芯铝绞线和一根48芯OPGW，设计最大风速33 m/s。
1.2 #12塔设计参数及现场情况
根据运行资料，220 kV银三甲乙线#11—#12塔跨越江门水道，属于跨江塔，#12塔型为ZK-57。原基础设计为单桩连梁灌注桩基础，设计桩径1.0 m，设计桩长34.0 m。经现场勘查，#12塔1号腿基础桩下沉严重，导致连梁被拉断破坏，造成铁塔整体向1号腿方向倾斜，如图1所示。
1.3 地质情况说明
本线路位于江门市新会区三江镇，此处主要为海陆交互相沉积地貌，地形起伏相对较小，平地段海拔高度2～15 m。对#12塔进行复勘后得到土层从上至下分布情况为：素填土层5.2 m，流塑状淤泥层24.6 m，粗砂层3.4 m，可塑状黏土层2.3 m，粗砂层2.3 m，全风化砂岩2.9 m，强风化砂岩3.1 m，以下为中风化砂岩。地下水深度为1～2 m，地下水丰富，无腐蚀性。地质参数如表1所示。
表1 地质参数
2.1 特殊地质产生负摩阻力的影响
在桩周土层相对于桩侧向下位移时，土产生于桩侧的摩阻力方向向下，称为负摩阻力。当桩周土层产生的沉降超过基础的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。
通过上述地质情况可知，塔基处上层含水量较高的流塑状淤泥层较厚，随着河水冲刷，河床运动，此类土层会逐渐与桩之间产生相对位移，从而产生一定的负摩阻力，负摩阻力产生向下的力，导致桩向下压力增大，当持力层的承载力不能满足桩的下压力时，桩就会产生不均匀沉降。安全起见，此类地质条件下的跨江塔基础设计时不同于常规基础，需适当考虑负摩阻力的影响。
2.2 桩端持力层选择不当
跨江塔往往使用档距大，铁塔基础作用力大，再加上桩负摩阻力的影响，综合考虑，跨江塔基础在选择桩持力层时，应优先选择强风化砂岩等承载力较大的土层，避免将持力层选择为黏土层或淤泥层等承载力低的土层。
220 kV银三甲乙线#12铁塔基础设计为单桩连梁灌注桩基础，桩径1.0 m，桩长34.0 m。地勘资料的土层分布显示此基础的桩端持力层位于可塑状黏土层，而可塑状黏土层极限端阻力较小，不宜做跨江塔持力层，因此选择强风化砂岩层作为基础的持力层较适宜。
2.3 计算论证
2.3.1 总述
在灌注桩基础验算时，应根据具体情况进行下列项目计算：
（1）承受上拔力的单桩，应计算桩的抗拔稳定性，使桩顶处的设计上拔力不大于单桩的容许上拔力[1]。
（2）承受下压力的单桩，应计算桩的下压承载力，使桩顶处的设计下压力不大于单桩的容许下压力，还应做冻切力的上拔稳定计算。
（3）在有桩负摩阻力的地方，计算时要考虑桩负摩阻力影响。桩周土层沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响。当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算：1）摩擦性基桩：Nk≤Ra；
2）端承型基桩：Nk+Qg≤Ra[2]。
2.3.2 铁塔基础作用力
通过查阅ZK-57塔的资料得到铁塔的基础作用力，如表2所示。
表2 ZK-57铁塔基础作用力
2.3.3 理论计算
按照上述地勘资料，考虑桩负摩阻力影响，按照最新规程、规范对#12塔基础进行验算。
（1）上拔承载力计算：
各层土的抗拔系数如表3所示。
表3 抗拔系数表
式中：Tuk为单桩或基桩的抗拔极限承载力标准值（kN）；
λi为抗拔系数（表3）；
qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kN/m2）；
Ui为桩身周长（m）；
li为桩周第i层土的厚度（m）。
设计地面以下桩自重：
式中：Gp为单桩或基桩土的自重、地下水位以下区浮重度（kN）。
式中：K为安全系数，取K=2；
Tk为荷载效应标准组合计算的单桩或基桩上拔力（kN）；
γf=1.25。
验算通过。
式中：Tgk为群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值（kN）；
Ggp为群桩基础包围体积的桩自重除以总桩数、地下水位以下区浮重度（kN）。
验算通过。
（2）下压承载力计算：
偏心竖向力作用下：
式中：Nkmax为荷载组合效应标准组合偏心竖向力作用下桩顶最大竖向力（kN）；
R为基桩或复合基桩竖向承载力特征值（kN）；
Quk为单桩竖向极限承载力标准值（kN）；
qpk为极限端阻力标准值（kN/m2）；
Ap为桩端面积（m2）。
验算不通过。
通过计算得220 kV银三甲乙线#12塔基础的偏心下压计算不能通过，说明桩端所在的黏土层地基承载力不能满足要求，导致基础出现不均匀沉降，与现场出现的情况吻合。
3.1 方案阐述
考虑到此塔已运行20余年，锈蚀较为严重，经与业主单位协商，本次处理方案为在旧塔大号侧新建一基跨江塔代替旧塔，新塔的基础充分考虑上述影响因素重新设计。
3.2 铁塔选型
新铁塔需根据输电线路导地线选型，考虑沿线地形地貌、气象条件重新设计选型，新建铁塔选用南方电网典型设计中的2D2W8模块，塔型为2D2W8-Z5-57。
2D2W8 型铁塔设计为海拔1000m以下、基本风速33m/s（离地面10 m）、覆冰厚度0 mm、导线2×JL/G1A-400/35、地线LBGJ-150-40AC的双回路铁塔，直线塔呈伞型布置。
3.3 基础设计
充分考虑上述不利因素，对基础的桩径和桩长进行优化设计，在保证安全的前提下，尽量做到最经济合理。经计算，新塔基础桩径设计为1.0 m，桩长设计为41 m，桩端持力层位于强风化砂岩层，能够满足受力要求。基础施工图如图2所示。
铁塔作为输电线路的重要组成部分，其基础设计的合理性关系到输电线路的安全运行。跨江塔作为跨越航道的重要铁塔，其安全与否不仅关系到输电线路的安全运行，而且关系到航道的安全运行，其基础设计尤为重要。本文针对实际工程中出现的基础不均匀沉降现象，通过详细分析其原因，总结出相关注意事项，提出了实际的解决方法，可供同行学习交流。
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