第十章-杆塔基础

218第十章杆塔基础第一节概述杆塔基础是将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜、倒塌、下沉和上拔等的设施。如钢筋混凝土杆若直接埋入土中，由于横截面积很小，在一般土壤中都会下沉。此时为防止电杆下沉，往往在电杆底部垫一块面积较大的钢筋混凝土底盘，底盘就是防止电杆下沉的基础。拉线的作用一方面承受外部荷载对杆塔的作用力，提高杆塔的强度，以减少杆塔的材料消耗量；另一方面，连同拉线棒和拉线盘，起到将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜和倒塌的作用。拉线盘就是固定拉线的基础。铁塔一般是用底脚螺栓固定在基础上。铁塔基础根据地形、地质和施工条件的不同，所采用的类型也不同，见表10-1。表10-1铁塔基础类型类型适用范围示意图1.混凝土或钢筋混凝土基础常用122.预制钢筋混凝土基础缺砂石和水的地区不适合现场浇制的地方3.金属基础运输困难的地区，对腐蚀性强的土质应加防腐措施或不用3454.浇注式基础跨河流冲刷的深基础或爆破成型的短桩基础5.岩石基础山区岩石地区一、杆塔基础的分类（一）按基础受力情况分类按基础受力情况的不同，杆塔基础可分上拔、下压类基础和倾覆类基础两类。1.上拔、下压类基础。此类基础主要承受的荷载为上拔力或下压力，兼受较小的水平力。属于此类基础的杆塔如图10-1所示的带拉线电杆基础和分开式铁塔基础等。2.倾覆类基础。此类基础主要承受倾覆力矩，属于此类基础的杆塔如图10-2所示的无拉线单杆基础、整体式铁塔基础和宽身铁塔的联合基础等。图10-1上拔、下压类杆塔基础（二）按照基础的材料和施工方法分类按照基础的材料和施工方法的不同，杆塔基础可分为预制钢筋混凝土基础、现浇钢筋混凝土基础、桩基础和岩石基础等。预制基础的混凝土强度等级不应低于C20，现浇基础的混凝土不宜低于C15，基础垫层的混凝土不应低于C10。岩石基础的地基应逐基鉴定。二、基础设计的基本要求1.基础型式的选择，应结合线路沿线地质、施工条件和杆塔型式等的特点综合考虑。有条件时，应优先采用原状土基图10-2倾覆类杆塔基础础。一般情况下，铁塔宜采用现浇钢筋混凝土基础或混凝土基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采用预制装配式基础或金属基础；必要时可采用桩基础；电杆及拉线宜采用预制装配式基础。2.基础埋深应大于土壤的冻结深度，并不应小于0.6m。严寒地区入土的钢筋混凝土电杆和基础，应采取防止冻胀的措施。3.跨越河流或位于洪泛区的基础，必须进行水文地质调查，并考虑30-50年的河床冲刷变迁，一般宜219将基础设计在常年洪水淹没区以外。如洪水淹没时，应考虑基础局部冲刷及漂浮物、流冰等撞击影响，并采取适当的防护措施。在山坡上的杆塔基础，应考虑边坡稳定及滚石或山洪冲刷的可能，并采取防护措施。4.对高杆塔及特殊重要的杆塔基础，当位于地震烈度为7度及以上的地区，且场地为饱和沙土和饱和粉土时；对220kV及以上的耐张型转角塔基础，当位于地震烈度为8度及以上时，均应考虑地基液化的可能性，并采取必要的稳定地基或基础的抗震措施。三、基础设计的极限状态表达式(一)基础的上拔和倾覆稳定，应采用下列极限状态表达式(,,,...)fEKSCTA（10-1）式中γf—基础的附加分项系数，按表10-2的规定确定；TE—基础上拔或倾覆外力设计值；A(γK,γS,γC,…)—基础上拔或倾覆的承载力函数。当基础上拔承载力采用倒截锥体土重法计算时，上拔角可参考表10-9数值；γK—几何参数的标准值；γS、γC—土及混凝土的重度设计值（取土及混凝土的实际重度）。当位于地下水位以下时，取有效重度。（二）基础底面压应力，应采用下列极限状态表达式1.当轴心荷载作用时p≤fa/γrf（10-2）式中P—基础底面处的平均压应力设计值；fa—修正后的地基承载力设计值；γrf—地基承载力调整系数，宜取γrf=0.75。2.当偏心荷载作用时，除应按式（10-2）计算外，尚应按式（10-3）计算：Pmax≤1.2fa/γrf（10-3）式中Pmax—基础底面边缘的最大压应力设计值。第二节土的分类及其特征指标一、土的分类土是岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程所形成的各种疏松沉积物的总称。按《建筑地基基础设计规范》，土分为岩石、碎石土、砂土、粘性土和人工填土五大类。1.岩石。岩石即颗粒间牢固连接，呈整体或具有裂隙的岩体。按坚硬性分为硬质和软质，按风化程度分为微风化、中等风化和强风化，见表10-3。表10-3岩石坚固性和风化程度的划分坚固性岩石类别岩石名称硬质岩石花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、硅质砾岩等软质岩石页岩、粘土岩、绿泥石片岩、云母片岩等。风化程度风化程度特征微风化岩石新鲜、表面稍有风化迹象中等风化1.结构或构造层理清晰2.岩体被节理，裂隙分割成20-50cm块状，裂隙中填充少量风化物。锤击声脆，且不易击碎3.用镐难挖掘，岩心钻方可钻进强风化1.结构或结构层理不甚清晰，矿物成分已显著变化2.岩体被节理，裂隙分隔成2-20cm碎石状，碎石用手可以折断3.用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进2.碎石土。碎石土即粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。根据颗粒级配及形状，按表10-4分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。碎石土的密度可按表10-5分为密实、中密和稍密。表10-2基础附加分项系数γf值基础型式重力式基础其它各种类型基础直线杆塔耐张直线及悬垂转角杆塔转角、终端及大跨越塔0.90.951.101.101.301.60220表10-4碎石土分类土的名称颗粒形状土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主块石棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全重50%卵石碎石粒径大于20mm的颗粒超过全重50%圆砾角砾粒径大于2mm的颗粒超过全重50%表10-5碎石土密实度的野外鉴别方法密实度骨架颗粒含量和排列可挖性可钻性密实骨架颗粒含量大于总重的70%，呈交错排列，连续接触铁镐挖困难，用撬棍方能松动；井壁一般稳定钻进极困难；冲击钻探时，钻杆、吊锤跳动剧烈；孔壁较稳定中密骨架颗粒含量大于总重60%~70%，呈交错排列，大，呈交错排列，大部分接触镢镐可挖掘；井壁有掉块现象，从井壁取出大颗粒处，能保持颗粒凹面形状钻进较困难；冲击钻探时，钻杆、吊锤跳动不剧烈；孔壁有坍塌现象稍密骨架颗粒含量小于总重的60%，排列混乱，大部分接触可以挖掘；井壁易坍塌，从井壁取出大颗粒后，砂性土立即坍落钻进较容易；冲击钻探时，钻杆、吊锤稍有跳动；孔壁易塌3.砂土。砂土即粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、塑性指数Ip不大于3的土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砂土密实度，根据天然孔隙比e，分为密实、中密、稍密和松散，见表10-6。表10-6砂土的分类和密实度的划分土的名称颗粒级配密实中密稍密松散砾砂粒径大于2mm的颗粒占全重量25%~50%e＜0.600.60≤e≤0.750.75＜e≤0.85e＞0.85粗砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全重量50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒超过全重量50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒超过全重量75%e＜0.700.70≤e≤0.850.85＜e≤0.95e＞0.95粉砂粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重量75%4.粘性土。按工程地质特征分为：老粘性土、一般粘性土、淤泥及淤泥质土和红粘土。按塑性指数Ip可分为粘土和粉质粘土，粘性土的形状根据液限指数IL分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑，见表10-7。表10-7粘性土的分类和状态的划分土的名称塑性指数Ip塑性指数IL粘土Ip＞17IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1粉质粘土10＜Ip≤17坚硬硬塑可塑软塑流塑5.人工填土（1）素填土。即由碎石、砂土、粘性土等组成的填土，经夯实同称为压实填土。（2）杂填土。即含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。（3）冲填土。由泥砂形成的沉积土。图10-3土的天然休止角6.土的天然休止角φ'、内摩擦角φ、抗剪角β、上拔角α（1）土天然休止角φ'是土在自由堆积时，土堆自然形成的角度，如图10-3所示。（2）土的内摩擦角φ，是为了处理一部分土与另一部分土之间的摩擦力问题而引入的一个参数。根据土的抗剪强度的库仑定律，即在法向压应力变化不大时，土的抗剪强度τf与法向压应力σ的关系近似为一条直线，如图10-4所示。图10-4抗剪强度与法向应力的关系曲线对于砂土，τf~σ的关系曲线是通过坐标原点的一条直线，如图10-4（a）所示；对于粘性土，τf~σ的关系曲线是纵轴上有截距的直线，如图10-4（b）所示。由库仑定律得出砂土和粘性土的抗剪强度表达式为：砂土τf=σtanφ(10-4)221粘性土τf=σtanφ+C(10-5)式中τf—土的抗剪强度，MPa;σ—作用在剪切面上的法向应力，MPa;φ—土的内摩擦角，（°）；C—土的粘聚力，MPa。库仑定律说明，土的抗剪强度是随着剪切面上的法向应力的增大而增大。土的抗剪强度由土的内摩擦力σtanφ和粘聚力C两部分组成。（3）土的抗剪角β是考虑到粘性土粘聚力C的影响，在求土的图10-5土的等代内摩擦角抗剪强度时而引用的一个等代角度，如图10-5所示。各类土壤的β值见表10-8。图10-6土的上拔角（4）土的上拔角α是基础受上拔力时，由抵抗上拔力的锥形土体与垂直面所形成的一个角，如图10-6所示。计算上拔角按表10-8查得。二、土的物理力学性质及特征土的物理性质是指土的物质组成、结构、密度和可塑性等基本属性。土粒、水和气体是土的三个基本组成部分，其中土粒是主体，构成土的骨架，水和气体充满于土骨架的空隙中。当土中的空隙完全被水填充时，称为饱和土；当土中空隙全被气体充满时，称为干土；当土的空隙中同时存在水和气体时，称为湿土。颗粒间不具有粘聚力的土，称为无粘性土；颗粒间具有粘聚力的土，称为粘性土。土是由土粒、水和气体组成。它们在土中的含量不同，土的物理、力学性质也不同。为了对土的物理性质作出定量的评价，常利用土中的土粒、水和气体在体积和质量上的相对比值，作为土的物理性质指标。10-７土的三相关系示意图为了便于研究土粒、水和气体在数量上的相互关系，设想把土体中的各相分别集中在一起，简化为图10-７所示的土的三相图。图10-７中，Ｖ为土的总体积；Va为土中气体的体积；Vw为土中水的体积；m为土的总质量；mw为土中水的质量；ms为土中颗粒质量；ma为土中气体的质量，常忽略不计。土的物理力学性质指标可分为重量指标和体积指标。（一）重量指标以土中各相的质量或重量来反映土的物理性质的指标，称为重量指标。1.土的密度（ρ）和重度（γ）。土的密度是指单位体积土的质量；重度是指单位体积土的重量。随着土的湿度状态不同，在工程实际中常划分为以下4种。（1）湿密度（ρ）和湿重度（γ）。土的湿密度也就是土的密度，指天然状态下单位体积土的质量，即swmmmVV(10-6)土的湿重度也就是土的重度,指天然状态下单位体积土的重量，swmgmgmgVV(10-7)式中g—重力加速度，标准值为9.80665m/s²；ρ—湿密度，kg/m³；表10-8土的计算容重γ、计算等代内摩擦角β、计算上拔角α、被动侧土压力参数m土名粘土、亚粘土、轻亚粘土砾砂粗砂中砂细砂粉砂坚硬、硬塑可塑软塑γ(kN/m3)β(°)α(°)m(kN/m2)17352562.71630204815151025.519383080173528631630264815302245222γ—湿重度，N/m³。（2）饱和密度（ρsat）和饱和重度（γsat）。饱和密度是指土在饱和状态下单位体积的质量，即swsvwsatmmmVVV（10-8）同理swsvwsatmgmgmgVVV（10-9）（3）浮密度（ρ'）和浮重度（γ'）。浮密度是指水面以下的土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差，即'sswmVV(10-10)同理'sswmgVV(10-11)（4）干密度（ρd）和干重度（γd）。干密度是指土在干燥状态下单位体积的