岩石嵌固基础在山区斜坡地形中的设计理论及计算要点

聂厚勇1王宇坤1束俊峰1邹本为2

摘要：为了研究山区地形中岩石嵌固基础的设计理论与计算要点，首先分别从工程结构可靠度设计标准、建筑行业基础设计标准和电力行业基础设计标准对输电线路基础设计理论进行了详细的总结，为山区岩石嵌固基础设计提供了理论依据，然后对山区岩石嵌固基础设计的上拔、下压稳定计算进行了详细的推理，最后也给出了山区岩石嵌固基础上拔承载力计算的关键参数。

关键词：山区地形；岩石嵌固基础；设计理论；计算要点

1引言

目前，随着我国特高压电网【1】的深入推进，越来越多输电线路工程途径高山大岭，输电线路走廊工程条件也越来越复杂，该类岩石地基中的基础设计是目前设计人员亟待解决的主要问题。我国现行《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T5219－2014）对山区岩石地基【2】的设计理论和计算要点等方面未进行详细规定，相关计算方法与设计参数取值滞后于山区高电压等级的输电线路工程建设进度，一定程度上影响了山区输电线路岩石基础的推广和应用。

结合我国山区特高压工程输电线路建设，通过开展山区斜坡地形岩石嵌固基础【3】设计理论与计算要点的研究，合理确定山区输电线路岩石嵌固基础的设计理论与方法，拓展山区岩石嵌固基础应用范围，填补我国规范在该领域相应的技术空白。

2输电线路基础设计理论的研究现状

（1）工程结构可靠度设计标准

根据《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）【4】的相关规定，工程结构设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法；当缺乏统计资料时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或单一安全系数等经验方法进行。

（2）建筑行业基础设计标准

在《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）【5】中，桩基承载力采用概率极限状态分项系数的设计法，相应的荷载效应采用基本组合。在《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中，桩基承载力改为以综合安全系数K代替荷载分项系数和抗力分项系数，以单桩极限承载力和综合安全系数K为桩基抗力的基本参数，这意味着承载能力极限状态的荷载效应基本组合的荷载分项系数为1.0，亦即为荷载效应标准组合。

（3）电力行业基础设计标准

在《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T5219-2014）【6】中的桩基承载力计算中，为与现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）【7】、现行行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的设计原则一致，采用安全系数K及桩基附加分项系数代替荷载分项系数和材料抗力分项系数，取消了以概率理论为基础的极限状态设计法。

3山区岩石嵌固基础的设计理论与计算要点

岩石嵌固基础作为岩石基础中的一种主要类型，早在1964年已在我国220kV及以下的输电线路工程中开始使用，由于其适用范围广（适用于不同风化程度的岩基）、施工工艺简单成熟、基础承载力高等诸多优点，因此颇受到我国输电线路设计人员的青睐。

山区岩石嵌固式基础型式通常分为圆台型与直柱扩底型，如图3-1所示。以往低电压等级时，山区岩石嵌固基础主要适用于强风化岩石条件，将地脚螺栓直接浇筑于坡度1/6~1/8的混凝土墩内，基坑不配筋、埋深较浅、承载力较低，一般适用于220kV及其以下自立式杆塔基础。随着电压等级提高，基坑加深，圆台型岩石嵌固基础需配置钢筋笼，可有效提高其承载力。

在特高压工程中，为满足大荷载的要求，若基坑侧壁若仍按1/6~1/8坡度开挖，施工将更加困难，因此在基础上部截面为圆柱形、底部进行扩头，如同土体内的直柱扩底掏挖基础型式相同，立柱部分配筋、底部扩头部分不配筋，亦称为“Y型岩石嵌固基础”。

若基础埋深过大，即使基础钢筋混凝土强度很高，也不可能在全长范围内都发生倒置椎体岩体破坏，有关研究表明，在沉积岩中观测到基础只可能带动较小深度内的岩体一起破坏（约1.5m深），而在该深度以下将产生混凝土与岩石的结合面破坏。因此，发生倒置圆锥体破坏模式的岩石嵌固基础，其埋深往往较浅，有待通过数值模拟与现场试验进行进一步验证。

若岩石发生剪切破坏，设虚线所示倒圆锥体为假想潜在破裂面，根据力学平衡原理，基础极限上拔承载力由基础自身重量与均匀分布于倒圆锥体表面的等代极限剪切应力的垂直分量之和来共同承担。

参考文献

【1】鲁先龙,程永锋.我国输电线路基础工程现状与展望[J].电力建设,2005,26(11):25–27.

【2】韦仕贤.岩石嵌固基础在广西的运用[J].中国高新技术企业，2009,23(134):150-151.

【3】程永锋，鲁先龙，郑卫锋.斜坡地形输电线路基础设计研究[J].武汉大学学报(工学版)增刊，2009.

【4】工程结构可靠度设计统一标准（GB50153-2008）.北京：中国建筑工业出版社．2008.

【5】建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）.北京：中国建筑工业出版社．2008.

【6】架空输电线路基础设计技术规程（DL/T5219-2014）.北京：中国计划出版社.2014.

【7】建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）．北京：中国建筑工业出版社．2011.