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摘要：本文阐述了掏挖基础的设计计算过程，并详细对比分析了架空输电线路基础设计规范对掏挖基础设计理论所做的修订，最后通过实例说明了其对掏挖基础设计所产生的影响。
关键词：架空高压输电线路；掏挖基础设计
一、掏挖基础设计综述
掏挖基础以天然土构成的抗拔土体来抵抗基础顶面的上拔作用，能充分发挥原状土的承载性能，相比大开挖基础具有混凝土用量少，土方开挖量小的优势，因而具备良好的经济性，且不等高掏挖基础配合铁塔全方位长短腿，能有效的降低铁塔在丘陵、山地地形塔位塔基的土石方开挖工程量，符合国家对工程建设的环保要求。因此掏挖基础多年来在500kV及以下的输电线路工程中得到了广泛应用。根据要求[1][2]，掏挖基础设计计算主要分为上拔稳定计算、下压稳定计算、基础强度计算三个方面的内容。其中，上拔稳定计算应用“剪切法”进行计算，是掏挖基础区别于其它型式的抗拔基础的最典型特点。掏挖基础在下压稳定计算时一般不考虑基础立柱与土的侧摩阻力，而是假定完全由基础底面的地基反力平衡竖向荷载。上拔下压稳定计算时基础主柱顶面的水平力均由主柱土侧压力进行平衡，且假定地基土水平抗力系数的比例系数m为常数，由此可计算出基础主柱在上拔下压稳定计算情况下柱身的最大弯矩，从而可以对其进行设计配筋。掏挖基础根据露头的尺寸可分为高露头基础与低露头基础，这两类基础的设计控制条件是不完全相同的。一般情况下，低露头基础的设计控制条件为上拔稳定控制，此时基础埋深成为决定基础尺寸的主要因素；而对于高露头基础，设计控制条件一般为下压稳定控制。在下压稳定计算工况，基底最大压应力应小于1.2倍修正后的地基承载力特征值[1]的要求。此时基础扩头底宽度成为影响基础尺寸的主要因素。
二、掏挖基础设计理论修订情况
《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T5219-2014）已于2015年3月正式实施。与《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219-2005）相比，其对原状土掏挖基础上拔、下压稳定的计算方法进行了修订，主要为以下几个方面：
（一）对《规定》中“剪切法”上拔稳定计算方法进行了修正。计算公式中所用到的无因次系数由原公式中的两项A1、A2变成了现在的三项A1、A2、A3。同一基础尺寸与地质条件下，根据两种计算理论获得的基础上拔承载能力差异较大。
（二）调整了《规定》中关于原状土基础刚性基柱考虑土抗力时侧向弯矩的相关近似计算公式，并建议当竖向力和侧向力共同作用时，原状土刚性基柱宜考虑基柱摩阻力的影响。
（三）新规程对于剪切法计算时基础的深径比提出了要求，深径比最小值从原规定的0.8提高到现在的1.0。
三、上拔承载能力计算算例分析
某掏挖基础尺寸：埋深5.2m，露头高度500mm，主柱直径为900mm，底板直径为2700mm，底板厚200mm，扩头锥台高1200mm。假定相邻基础不影响。地质条件如下：硬塑粘土，容重17kN/m3，凝聚力48kPa，内摩擦角14°，地基承载力特征值250kPa。按修订前后计算方法计算的掏挖基础上拔承载力设计值分别为1625.7kN和2673.3kN。由该结果可知，规范修订以后，相同尺寸的掏挖式基础上拔承载能力计算值普遍提高30%～60%，提高幅度非常显著，且提高幅度会随着深径比的增加而增大。
四、下压稳定计算算例分析
地质条件基础尺寸同上例，基础作用力按表2中JC2塔下压力。在下压荷载作用下，根据两种水平力作用下刚性掏挖基础侧向土压力计算理论计算得到的相关参数如下表：由上表结果可以看出，规范对掏挖基础下压计算图式修订的直接结果是削弱了地基土对掏挖基础主柱的约束，使转动中心的点的位置上移，转动幅度增加。这会导致基础底面承担的弯矩减少，从而使基底最大应力减少，降幅可以达到15%～30%。
五、设计影响算例分析
以JC2转角塔及ZBC3直线塔两种铁塔为例，分别设计其低露头与高露头基础，来探究计算方法修订对基础设计的影响。设计均采用相同的构造规定，设计结果如表5所示：从上表知，按新规设计的直线塔掏挖基础方量平均降幅达15%左右，且低露头的直线掏挖基础方量降幅较高露头的直线掏挖基础方量降幅要明显。对转角塔下压基础，由于基底弯矩的减小，其基础方量平均降幅约为18%左右。而对于低露头的上拔型掏挖基础而言，其基础方量平均降幅约为52%，降幅非常明显，高露头的上拔型掏挖基础平均降幅约为35%。另外，随着基础尺寸的减小，按新规程计算的掏挖基础保护范围值相比又有降低，从而对降低基础工程造价产生积极影响。
六、结论
（一）《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T5219-2014）的颁布对掏挖式基础设计理论进行了重大修改，从而很大程度上影响了掏挖基础的设计指标，对进一步提高架空输电线路经济性具有重要意义。
（二）鉴于上拔承载能力计算值提高较明显，若完全按照规程进行设计会使线路基础设计的指标与典造产生较大偏差，且每个地区的区域地质条件不尽相同，建议应用新规程进行掏挖式基础设计时应分地区建议展开部分真型试验，再推广应用。
参考文献：
[1]《架空输电线路基础设计技术规程》.DL/T5219-2014.中国计划出版社.2015.
[2]《架空送电线路基础设计技术规定》.DL/T5219-2005.中国电力出版社.2005.
作者:刘俭 李春 单位:湖南科鑫电力设计有限公司 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司