上拔—水平作用下输电铁塔锚索承台基础受力变形特性

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在输电线路建设过程中,基础工程施工工期通常约占整个工期的一半,运输量占整个工程的60%,费用占整个工程的15%~35%。输电线路杆塔基础选型的合理与否,是决定输电线路项目可行性的关键控制因素之一。对于山区岩石地质条件,岩石锚杆基础是目前使用广泛的基础型式;而在我国东南沿海山区,存在着大量上覆土厚、下覆基岩工程性状好的复合地层,随着线路建设经过此类地层,岩石锚杆基础由于锚杆长度和单锚抗拔承载能力限制适用性下降。本论文针对国网浙江省电力公司科技项目提出的一种适用性更好的转角塔基础型式:锚索承台基础开展研究。与传统依靠承台自重和上覆土重提供上拔承载力的深埋基础不同,锚索承台基础中4根压力型锚索倾斜呈辐射状布置,锚入稳定基岩层并施加预应力,充分利用下覆基岩较高的锚固作用力,获得稳定可靠的上拔和水平承载力。目前,预应力锚索在水利、交通等行业基础设施建设中得到广泛应用,而在输电工程中应用较少。为了验证该新型锚索承台基础在实际工程应用中的可行性和可靠性,探讨压力型锚索倾角大小、布置长度、预应力施加值以及上部承台尺寸等具体参数的选择,本文通过理论设计验算、数值模拟分析、真型原位试验对锚索承台基础开展系统性研究,具体研究内容如下:(1)根据设计荷载要求及地质条件情况,对锚索承台基础上部承台尺寸及锚索构造进行设计、验算。承台面积以满足地基承载力设计,承台板厚度以满足抗弯、抗剪及抗冲切验算,锚索抗拔承载力、数量根据上拔荷载及水平荷载需求设计,锚索长度以锚固段进入中风化岩层一定深度控制。(2)当4根锚索预应力竖向分量之和等于设计1000k N上拔荷载时,以该预应力施加值为100%加载百分比,通过数值模拟对比了在1000k N设计上拔荷载、212k N设计水平荷载共同作用下,0、50%、75%、90%、100%、125%锚索预应力加载百分比时的锚索轴力和基础变形。根据规范关于基础最大变形要求,并考虑锚索预应力施工损失影响,提出了锚索预应力张拉推荐值,该推荐值作为真型试验锚索张拉依据。(3)基于基础设计尺寸和数值模拟得到的张拉建议值,开展了不同长度、不同注浆材料下共12根压力型锚索的抗拔试验和4组锚索承台基础真型试验,系统研究了锚索承台基础的受力变形特性。试验结果表明:压力型锚索可应用于上土下岩地层;通过锚索倾斜布置并施加预应力,可有效控制承台基础在上拔和水平荷载作用下的变形,改善锚索受力;布置于靠近水平加载力一侧的锚索是抵抗水平荷载的关键,为控制基础水平位移,需保证该侧两根锚索预应力水平分量与基底摩擦力、原状土侧向抗力之和不小于水平荷载;数值模拟和现场试验结果均验证了在设计荷载作用下基础变形和锚索受力满足设计要求,证明了基础方案的可靠性和适用性;基础位移增量同锚索轴力增量具有相同的变化趋势,对于锚索承台基础,确保锚索预应力不被外荷载所克服是控制基础变形的关键。(4)针对锚索张拉引起承台边角破坏,分析了锚索定位偏差、现场张拉过大及地基坡度存在的因素,得到如下结论:设计中应通过构造措施加强承台角部混凝土的安全裕度;施工中应确保锚孔定位和钻造倾角的精度,并严格按照设计要求对锚索进行张拉;锚索承台基础宜布置在有利于锚索均匀受力的平整地基上。
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