110kV输电线路工程群桩基础优化设计

【摘 要 】本文以某110kV输电线路工程为设计背景,开展了群桩基础的优化设计.规划设计了不同桩数、桩径及平面布置的基础形式,对比混凝土、钢材用量和基础占地面积.对比结果显示选择9根0.6m的桩,混凝土及钢材用量最少且基础占地面积最小.

【关 键 词 】输电线路工程；群桩基础；优化设计；桩径；桩数

1.前言

桩基础是建筑物和高耸构筑物的一种重要基础形式,在土木工程领域得到了广泛的运用,近50年来,桩基础一直是地基基础或岩土工程中研究的热点问题之一[1].群桩基础通常由承台、桩群组成,受荷载作用时,承台、桩群与土形成一个相互作用、共同工作的体系,其变形和承载力均受相互作用的影响[2].但由于桩同作用的复杂性,需要多方面考虑,深入分析[3].特别是对于斜向何在作用下群桩的工作性状分析,无论从理论上还是试验上,目前都处于探索阶段.斜向何在作用下群桩工作特性的现场足尺试验需耗费大量的人力、物力和时间.长期以来,由于对复杂荷载作用下群桩的工作性能了解不多,给设计带来了一定的困难.在设计时,为了安全起见,不得不采用加大桩径、提高混凝土强度、提高配筋率等手段,使设计带有一定的盲目性,造成了不必要的浪费[4].群桩效应主要表现在对桩基承载力和沉降的影响上.群桩基础承载力和沉降与土的性质、桩长、桩距、桩数的平面排列和承台尺寸大小等因素有关.现通常认为当桩间中心距离不小于6b1 （b1为单桩的计算宽度）时,可不考虑群桩效应.我国《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）[5]（以下简称《桩基规范》）中有关于群桩基础的相关计算方法.本文以某条110kV四回输电线路为背景,开展了群桩基础的优化设计,对比不同桩数、桩径及平面布置,并选出合理的桩基形式.

2.理论基础

2.1桩顶作用效应计算

我国《桩基规范》中有关于桩顶荷载效应的计算.计算假定承台是刚性的；各桩的刚度相同；x、y轴为桩基平面的惯性主轴.

3.2材料参数

基础中桩、承台混凝土等级为C25,混凝土轴向抗压强度为11.9MPa,轴向抗拉强度为1.27MPa.主筋等级为HRB335,箍筋等级为HPB235,钢筋弹性模量为2.0×105MPa,受拉钢筋设计强度为300MPa.桩侧阻力分项系数和桩端阻力分项系数分别为1.60,承台底土阻抗力分项系数为1.60.在计算多桩承台时未考虑各桩之间的相互影响作用,桩主筋保护层厚度为60mm,承台或连梁主筋保护层厚度为70mm.

3.3优化设计结果

对于低桩承台基础,桩径的大小与桩的布置形式直接影响混凝土、钢材的用量及基础占地面积.因此,选取合适的桩径及合理的桩布置形式是整塔设计的主要内容.本文采用桩基础分析软件对不同桩径、布置的桩基进行优化分析计算.通过分析计算可知：（1） 桩径为0.6m时,若采用4根桩布置形式会使得桩长达到33m以上,细长桩的施工难度大,施工质量难以保证,且不利于桩体的整体受力,所以选用9根桩布置的形式.（2） 桩径为0.8m时,4根桩与9根桩布置形式均能满足设计要求.（3） 桩径为1.0m、1.2m、1.4m时,若选用9根桩布置形式会使得承台尺寸偏大,所以选用4根桩布置较为合理.两基塔的优化设计对比结果如下表所示,混凝土及钢材用量与桩径的关系如图2～图3所示.

4.结论

根据上述优化分析结果可得结论如下：

（1）随着桩径的增大,混凝土及钢材用量整体呈逐渐增加的趋势,局部有降低的趋势；

（2）随着桩径的增大,承台尺寸逐渐增大；

（3）选用4根直径为1m以上的桩时,混凝土及钢材用量偏大,且基础占地面积较大；

（4）选用9根直径为0.8m的桩时,混凝土及钢材用量较大,且基础占地面积偏大；

（5）综合考虑混凝土及钢材用量及基础占地等因素的影响,建议选用9根直径为0.6m的桩,且该基础的群桩效应更加明显.