宋博文,丁茂瑞
(深圳市交通公用设施建设中心,广东 深圳518040)
深圳市梅龙大道由梅林至龙华城市快速路、观澜河河道整治工程及华昌线10 kV高压铁塔迁改工程组成,为便于富士康厂区建设,工程施工顺序为先迁改10 kV华昌线高压铁塔,再进行观澜河河道整治,最后进行梅林至龙华城市快速路的施工。
10 kV华昌线迁改工程的铁塔基础设计均为摩擦桩,施工方法为先填土,再进行摩擦桩桩基、承台施工,后进行塔身安装;其中8#塔基位于梅龙大道高路堤边坡上,快速路完工后观测发现塔顶向外侧倾斜约 1 m(倾角 5°),存在安全隐患,需处治(见图 1)。
图1 梅龙大道高路堤断面图
因为整治河道造成承台周围土体流失,加上道路施工完成后产生的重荷,使得承台两侧的土压力差很大,导致8#塔基倾斜。
由于华昌线先行供电,梅龙大道已建成通车,8#塔基的处治不得影响正常供电及道路的正常交通,经方案比选,决定采取锚索纠偏的方案,即在8#塔基承台外侧新建一挡土墙(地锚)作为锚索的固定端,在道路中央隔离带设一锚墙作为锚索的张拉端,通过顶管将锚索横穿道路,用4根锚索将锚墙与挡墙连接在一起,实现塔基的纠偏。为确保纠偏加固后,道路路基边坡的稳定,对铁塔周边边坡采取锚杆支护(见图2)。
图2 处治方案图
已知:承台高:1.5 m;承台宽:5.0 m; 桩径:1.0 m ;桩长:18 m;
路边距桩的水平距:4.5 m;路边坡高为3.5 m;承台边坡高度:7.5 m;
土层为回填土,r=18 kN/m3;取不利情况 c=0;q车=20 kN/m2。
(1)将路边坡高度范围内土压力,换算成堆载计算:
q堆=r h=18×3.5=63(kN/m2)
q=q堆+q车=63+20=83(kN/m2)
附加载产生的水平力为:F1=q s=83×(7.5-4.5)×2=498(kN)
(2)桩侧压力,根据土压力计算公式:
e=σK—2 c K
σ2=r h2=18×1.5=27(kN/m2)σ3=r h3=18×7.5=135(kN/m2)σ=(σ2+σ3)/2=81(kN/m2)
水平力:F2=n×e×d×h2=2×81×1×7.5=1 215(kN)
已知:塔高:21 m; 塔底径:1.6 m; 塔顶径:1.2 m。
根据《建筑结构荷载规范(GB50009-2001》计算公式:Wx=βUsUzW0,选取地面粗糙度 B,按 100 a 设计标准考虑,W0=0.9 kN/m2。
根据荷载规范表7.3.1,Us=1.2
根据荷载规范表7.2.1,Uz=1.25(取20 m高)根据荷载规范 7.4.2,β=1+ξvΦ/Uz
根据荷载规范附录,E:T1=0.013H=0.013×21=0.273
根据荷载规范表7.4.4,调整系数Θv=1.25,v=1.25×0.79=0.99
根据荷载规范附录,F:Φ=1.0
β=1+ξvΦ/Uz=1+1.79×0.99/1.25=2.42
Wx=βUsUzW0=2.42×1.2×1.25×0.9=3.27(kN/m2)
水平风力 F3=3.27×(1.6+1.2)/2×21=96.14(kN)
基本组合设计值:
F (拉)=1.2F1+1.4F2+0.64F3=1.2×498+1.4×1 215+1.4×96×0.6=2 379(kN)
选取4根5s15.2钢绞线:
f拉=1 220 N/mm2,S=139 mm2
F (抗)=n×S×f=4×5×139×1 220/1 000=3 392(kN)>2 379 kN,满足要求。
挡板截面取b=1 500 mm,h=350 mm
M=F×l=1 190×0.05=60(kN·m)
As=M/f/h0=600 000 00/300/310=645(mm2)<0.002b×h=0.002×1 500×350=1 050(mm2)
取截面外侧配筋 Φ14@200(As=1 232 mm2),内侧配筋和分布筋为Φ14@200。
(1) 根据 《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)7.5.1:
V=F(拉)/2=1 260(kN)<0.25β×f×b×h0=0.25×1×1 500× 310=1 383(kN)
(2)根据混凝土规范7.5.4:
V=1.75/(λ+1)+1.25×f×h0×As/s>1 260(kN)As/s>7
截面配箍筋 Φ16@200(As/s=8)
取覆土高度为1.5 m;填土c=0;Φ=0;地锚取截面长8 m;深3.5 m;厚0.4 m。土锚受到的被动土压力为:
根据土压力计算公式: e=σK—2c K其中: σ1=rh1+q=18×1.5+20=47(kN/m2)
σ2=rh2+q=18×5+20=110(kN/m2)σ3=(rh1+rh2)/2=58.5(kN/m2)σ=(σ1+σ2)/2=78.5(kN/m2)K=tan2(45°+φ/2)e=σ=78.5 kN/m2
按单向板计算,取1m板带,根据《实用建筑结构静力计算手册》:
Mmax=
=110×3.5×3.5/6×[2×0.73×0.73×0.73-0.43×1.43]/(0.57×0.57)=113(kN·m)
As=M/f×h0=113×1 000×1 000/300/360=1 046(mm2)
截面配筋为:Φ16@150(As=1 242mm2)
内侧筋和分布筋:Φ14@150
水平力:F=e×b×H=78.5×8×3.5=2 198(kN)>F1+F2+F3+F4=1 999(kN),满足要求。
倾覆力矩为:M=F×h=1 999×1.25=2 498.75(kN·m)(h为拉索合力点到地锚底的距离)
抗倾覆力矩:
M1=σ3×b×H×H/3+q×b×H×H/2=58.5×8×3.5×3.5/3+20×8×3.5×3.5/2=2 891(kN·m)>2 498.75(kN·m),满足要求。
锚索预张拉力:每束预张拉力为:0.6×1 999/4=300(kN)
该方案较好地解决了高压铁塔倾斜的纠偏问题,消除了安全隐患,为类似工程的处治提供了借鉴;其经济优点较明显,技术优点是较好地解决了在道路通车条件下的结构加固问题。
[1]GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].
[2]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
[3]国振喜,张树义主编.实用建筑结构静力计算手册[M].