摘要：本文对辽宁省水田沼泽地区常规基础形式进行调查研究，提出采用螺旋锚基础形式解决常规基础在施工和造价上存在的诸多问题。通过试验结果和理论分析相结合的研究方法论述了螺旋锚基础在输电线路中应用的可行性，整理分析了螺旋锚基础承载力的计算方法，并在实际工程中试点运行，取得了良好的运行成果。
关键词：螺旋锚；基础；输电线路杆塔
1.常规基础存在的问题调查
辽宁省在营口、丹东及盘锦等地工程中，都遇到成片的芦苇塘、养鱼池、水田等，每年的四、五月份到放水季节，地里汪洋一片。从本体上，施工强度大，工期长；在其它费用上，永久及临时占地赔偿巨大，苇塘占地费用是正常水田的几倍，所以无论建设单位还是施工单位，都迫切要求改进基础型式，以节省投资，降低造价。
螺旋锚基础结构简单，对土壤扰动小。批量生产费用相对较低，对于土壤的强适应性，尤其体现在软土地区及淤泥质土地区。
2.螺旋锚基础的现状调查
螺旋锚作为锚固技术的一种，早在20世纪50年代起就应用于岩土工程的施工中，到70年代，加拿大、美国等国将其用于超高压输电线路的杆塔基础。日本、独联体等国都对螺旋锚进行过较多的研究，其中以美国的技术比较完善。
日本的情况和美国相近，也有近30多年的应用研究历史，目前人工和机械钻进的螺旋锚基础已经应用于66kV、220kV架空输电线路上。印度、加拿大、孟加拉等沼泽面积较多的国家也将螺旋锚基础应用于架空输电线路上。
我国也在八十年代开始了螺旋锚基础的研究，武汉、南京、上海等地都相继进行了试验，但从目前掌握的资料来看，螺旋锚基础并未在工程中被广泛采用。
3.螺旋锚基础的应用研究
针对螺旋锚基础在国内无对应的规程规范这一问题，本次研究主要通过试验和在工程中试用，逐步积累经验加以解决。
螺旋锚实用基础无现成的理论或经验计算公式，国外多采用半理论半经验的计算公式，通过检索并收集国外已有的计算公式，并与试验结果相对照，分析整理出螺旋锚基础承载力的计算公式。铁塔与建筑物不同，属于高柔结构，重量轻，受水平荷载影响大，经计算除特殊情况（如转角塔压腿）由下压控制外，其余均受上拔控制。螺旋锚极限上拔承载量Qu的计算方法如下：
图1 单层螺旋锚受力示意图 图2 多层螺旋锚受力示意图
单层螺旋锚基础的埋深（D）约等于螺旋直径（B）的10倍或更深，而多层螺旋锚基础可埋得很深以提高上拔承载量，若埋深较深可采用支承承载量法计算上拔承载量，若埋深较浅（D<6B），则用圆柱剪切理论来验算。
1）单层螺旋锚
因埋深很深（D>10B），所以一般多采用上拔承载量法。即
Qu=W+Fs+P （1）
在粘土中 Qu=W+Fs+ACuNu （2）
在砂土中 Qu=W+Fs+AγDNqu （3）
式中：W——锚的重量
Fs——导杆表面摩擦力
A——锚板面积
Cu——粘土中未排水剪切强度
Nu——上拔承载量系数（理论值为9）
Nqu——支承承载量系数（取决于土的相对密度）
γ——土壤有效单位重量
D——螺板深度
2）多层螺旋锚
a． 支承承载量法
在粘土中 ΣQu =W+Fs+ΣP
=W+Fs+ΣACuNu （4）
在砂土中 ΣQu =W+Fs+ΣP
=W+Fs+ΣAγDNqu （5）
式中：n¬¬¬¬¬——螺旋锚的个数
b． 圆柱剪切法
按圆柱直径等于最大锚板直径，高度等于顶部和底部支间距离的方法，来近似地计算上拔承载量。用圆柱上的剪切抗力加螺旋顶部的支承承载量进行计算。
Qu=W+Fs+P+S （6）
在粘土中 Qu=W+Fs+ACuNu+πBD0αCu （7）
在砂土中 Qu=W+Fs+AγDNqu+π/2BγDKutgΦ （8）
式中：Ku——上拔系数
Φ——内模擦角
α——粘结系数
上述两种极限抗拔承载量的计算方法中，若螺旋板间距紧密，则圆柱剪切破坏模式控制上拔承载量；若螺旋锚板间距分离，则由螺旋板各自的支承承载量之和得出。对已知数量和尺寸的多层螺旋板的上拔承载量应用两种方法计算，并按二者中较小的进行设计。
3）螺旋锚组基础的组合作用
若铁塔基础上拔力较大需要用数个单层螺旋锚或多个螺旋锚时，则螺旋锚组基础的稳定上拔因数K：
K=n•u•Qu/T （9）
式中：n——螺旋锚个数
u——组合效率
Qu——单个螺旋锚的极限上拔承载量
T——设计上拔力
关于组合效率u的问题，加拿大电力公司曾进行了现场荷载试验来测量其组合效率u：
u=ΣQu/（nQu） （10）
式中：n——螺旋锚个数
ΣQu——组合螺旋锚桩极限上拔承载量
Qu——单个螺旋锚极限上拔承载量
根据在砂土中进行的螺旋锚桩组的模型试验中得出如下结论：
a.组合效率u取决于诸如土壤密度和稠度，深宽比，锚的数量，组合布置形状和锚Φ—Φ的间距等因素；
b.组合效率u随螺旋锚间距的增加而线性增长；
c.组合效率u分别随螺旋锚数量和深度增加而增加，随砂土的密实和粘土强度的减少而减少。
经试验得知，当螺旋锚间距为2.5B时，组合效率在0.7~0.75之间变化。
4.螺旋锚基础的工程应用情况
丹东66千伏新石线、盘锦地区220千伏电曙线、北曙2#线、双新线等工程使用螺旋锚基础百余基，截止目前全部螺旋锚基础运行情况良好。
论文作者:周为华,刘利民
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：螺旋论文; 承载量论文; 基础论文; 组合论文; 砂土论文; 间距论文; 粘土论文; 《电力设备》2018年第34期论文;