《輸電線路鐵塔加固糾偏技術(shù)研究》技術(shù)報告

./輸電線路鐵塔加固糾偏技術(shù)研究輸電線路鐵塔加固糾偏技術(shù)研究鑒定資料之二《輸電線路鐵塔加固糾偏技術(shù)研究》技術(shù)報告XX電業(yè)局XX大學(xué)土木工程學(xué)院20xx12月問題的提出隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展,電力工業(yè)作為我國的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)業(yè),其發(fā)展速度的快慢直接影響制約著其它工業(yè)的發(fā)展。高壓架空線路是構(gòu)成電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分,是電力系統(tǒng)中電能傳輸、交換、調(diào)節(jié)和分配的主要環(huán)節(jié)。通過高壓架空線路可以進(jìn)行電力系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng),提高系統(tǒng)的安全性、可靠性以與穩(wěn)定性．使各種能源能夠得到充分利用。輸電鐵塔作為電力輸送的支柱,約占線路總投資的40％左右,所占的比重很大,它的安全性和信賴性受到現(xiàn)代社會的日益關(guān)注。近年來,以大城市為中心的電力需求急劇增加,而火力、水力和原子能等大規(guī)模的發(fā)電設(shè)備都遠(yuǎn)離都市,特別是在我國"北電南送"、"西電東送"的格局下,高電壓、大容量輸電線路的建設(shè)成為社會發(fā)展的必然。因此,鐵塔在電力能源的傳輸中起著舉足輕重的作用,它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、力學(xué)性能會直接影響到整個電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。自1980年我國第一條500kV平武輸電線路投入運(yùn)行以來,500kV線路已逐步成為各大電力系統(tǒng)的骨架和跨省跨地區(qū)的聯(lián)絡(luò)線。隨著裝機(jī)容量、電壓等級的提高,對鐵塔性能的要求也越來越高,而一旦遭受破壞,短時間內(nèi)又難以恢復(fù),給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失,人民生活受到嚴(yán)重影響。據(jù)新浪網(wǎng)新聞中心新華通訊社報道,20xx7月21日凌晨,在XX省．東北電網(wǎng)10座500kV高壓輸電鐵塔因遭龍卷風(fēng)、大暴雨和冰雹侵襲發(fā)生倒塌。1999年9月21日,在XX地區(qū),發(fā)生6.8級大地震,造成345kVM高壓輸電鐵塔大規(guī)模損壞。20xx4月3日晚間,在美國加州,一場暴風(fēng)雨摧毀了太平洋電網(wǎng)的6個輸電鐵塔,輸電干線被迫中斷。鐵塔作為高壓輸電線路的一項(xiàng)重要組成部分,其功能主要是用來支持導(dǎo)線、避雷線以與其它附件,使導(dǎo)線、避雷線保持一定的安全距離,并使導(dǎo)線對地面、交叉跨越物或其它建筑物保持允許的安全距離。鐵塔承受的載荷主要包括：導(dǎo)線自重、風(fēng)載、覆冰等的作用以與年平均氣溫的影響。而且在一定的風(fēng)力作用下,導(dǎo)線會發(fā)生穩(wěn)定的風(fēng)致微幅振動,從而激勵塔身振動,嚴(yán)重時會引起鐵塔破壞。在這些載荷條件下,鐵塔都應(yīng)該保證有足夠強(qiáng)度而不致被破壞。另外,對于一些特殊的工作條件,比如導(dǎo)線斷裂,此時鐵塔是否具有足夠的強(qiáng)度來防止由于斷線引起更進(jìn)一步的嚴(yán)重破壞也是考核鐵塔性能的一個重要指標(biāo)。隨著輸電電壓等級的提高,鐵塔的體積越來越龐大,重量也越來越重。目前我國己經(jīng)有很多地方建成500kV的輸電網(wǎng),并且電壓等級還在進(jìn)一步提高,多回路、多分裂導(dǎo)線鐵塔以與山區(qū)、過江等大跨越巨型鐵塔的使用進(jìn)一步提高了對輸電鐵塔的要求。按照鐵塔在線路中的位置和作用不同,可以分為直線塔〔z〕、跨越塔〔K〕、耐X塔〔N〕、轉(zhuǎn)角塔〔J〕、終端塔〔D〕、換位塔〔H>和變電構(gòu)架等。按照鐵塔結(jié)構(gòu)、形狀、特點(diǎn)來分,常見的有酒杯型鐵塔〔B〕、貓頭型鐵塔〔M〕、干字形鐵塔<G〕、豐子型鐵塔〔F〕等。按材料來分．有角鋼鋼板螺栓鐵塔和鋼管焊接螺栓鐵塔等。在我國,大多數(shù)采用角鋼鋼板螺栓鐵塔,其構(gòu)造主要采用角鋼、鋼板等部件制仁作,用螺栓聯(lián)接組合而成,局部采用少量焊接件,基礎(chǔ)座板采用電焊焊接,塔上部件一般都采用熱浸鍍鋅防腐。總體結(jié)構(gòu)上,自立式角鋼塔的主體結(jié)構(gòu)為構(gòu)架型,主要有如下幾個特點(diǎn)：〔1〕鐵塔的主材通常采用較大型號的角鋼,并且主材通常不打斷,而只在聯(lián)接處打螺栓孔用螺栓或者聯(lián)接板聯(lián)接?！?〕斜材、輔材與橫隔材采用較主材型號小的角鋼,兩聯(lián)接端之間為一小段獨(dú)立的角鋼?！?〕鐵塔的塔腳處通常用螺栓與塔腳板聯(lián)接,并與地基相連?！?〕構(gòu)成鐵塔構(gòu)件〔角鋼〕的長細(xì)比較大?！?〕各個角鋼聯(lián)接處通常采用聯(lián)接板〔也有直接聯(lián)接在主材上〕用一個或者多個螺栓聯(lián)接?！?〕主材、斜材與橫隔材通常是受力材,將載荷從它們的施加點(diǎn)處往下傳到鐵塔的基礎(chǔ)上,而輔助材是用來提供受力材的中間支撐。XX電業(yè)局所轄110KV鐘貞Ⅰ、Ⅱ回＃10塔位于海滄出口加工區(qū)內(nèi),該塔基地質(zhì)條件比較復(fù)雜,在運(yùn)行過程中地基發(fā)生不均勻沉降,造成鐵塔嚴(yán)重偏斜,經(jīng)監(jiān)測顯示基礎(chǔ)沉降和鐵塔偏斜有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。如不與時處理,鐵塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性將遭受破壞,存在倒桿斷線的重大事故隱患,直接威脅海滄地區(qū)的安全供電。如按常規(guī)做法另選塔位進(jìn)行線路改建,存在110kV貞庵變?nèi)就ｋ娪绊懼苓叺貐^(qū)正常供電的問題,而且該塔所處地形特殊,前為水渠、后為公路,難以選擇新鐵塔基礎(chǔ)位置。為解決上述問題,決定組織進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),在不影響線路正常供電的情況下,進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)原位加固糾編。本項(xiàng)目的提出是受建筑物糾偏的啟發(fā),但因?yàn)榧芸站€路的材料、結(jié)構(gòu)、受力情況與基礎(chǔ)形式與普通建筑物不同,最關(guān)鍵的是要保證糾偏過程中不能中斷供電,因此難度很大,但是經(jīng)過咨詢有關(guān)專家并經(jīng)多次現(xiàn)場勘察與論證,課題組人員認(rèn)為借鑒建筑物加固糾偏理論和技術(shù)并充分考慮電力線路鐵塔的特殊性,項(xiàng)目是可行的。據(jù)了解,目前省內(nèi)尚未進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)研究,國內(nèi)少見在輸電線路鐵塔中采用這類技術(shù)的報道,但是開展不停電鐵塔糾偏是大勢所趨。該項(xiàng)目的成功研究將有效解決輸電線路鐵塔由于基礎(chǔ)沉降造成的偏斜缺陷,提高電網(wǎng)供電可靠性,有很好的推廣應(yīng)用前景。項(xiàng)目研究方案簡介2.1項(xiàng)目研究目標(biāo)結(jié)合XX電業(yè)局所轄110KV鐘貞Ⅰ、Ⅱ回＃10傾斜電塔加固糾偏工程,深入研究輸電線路傾斜鐵塔加固糾偏關(guān)鍵技術(shù),提出輸電線電路鐵塔加固糾偏成套技術(shù),為輸電線路傾斜鐵塔原位在線加固糾偏提供技術(shù)支持。2.2項(xiàng)目研究內(nèi)容輸電線路傾斜鐵塔加固糾偏設(shè)計計算方法研究；輸電線路傾斜鐵塔加固糾偏頂升結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；輸電線路傾斜鐵塔加固糾偏信息化施工控制技術(shù)。2.3技術(shù)關(guān)鍵運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)值分析手段,分析傾斜鐵塔健康狀況和加固糾偏過程應(yīng)力狀況,提出輸電線路傾斜鐵塔加固糾偏設(shè)計計算方法；結(jié)合工程實(shí)際和現(xiàn)場試驗(yàn),提出輸電線路傾斜鐵塔信息化施工控制技術(shù)。2.4預(yù)期成果輸電線電路鐵塔加固糾偏成套技術(shù)在不斷電的條件下實(shí)施鐵塔基礎(chǔ)原位加固糾偏,社會經(jīng)濟(jì)效益顯著；所提出的輸電線電路鐵塔加固糾偏成套技術(shù),可為輸電線路傾斜鐵塔原位在線加固糾偏提供技術(shù)支持。2.5項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)采用有限元技術(shù)分析傾斜鐵塔健康狀況和糾偏過程塔身應(yīng)力變化,完善鐵塔加固糾偏設(shè)計計算方法；結(jié)合工程實(shí)際,優(yōu)化頂升結(jié)構(gòu)設(shè)計,確保鐵塔加固糾偏達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；研究鐵塔加固糾偏信息化施工控制技術(shù),確保加固糾偏過程鐵塔絕對安全。2.6項(xiàng)目依托工程概況已建的110KV輸電線路鐵塔位于XX市海滄出口加工區(qū)內(nèi),該塔在運(yùn)行過程中,地基發(fā)生不均勻沉降,變形觀測結(jié)果分別見表1。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ腿相對Ⅳ腿出現(xiàn)不均勻沉降,并有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。塔身傾斜現(xiàn)狀見圖1,基礎(chǔ)平面與鉆孔布置見圖2。圖1鐵塔傾斜現(xiàn)狀圖2電塔基礎(chǔ)平面與鉆孔布置表1基礎(chǔ)不均勻沉降觀測結(jié)果測量位置與Ⅳ腿相差值〔mm〕Ⅰ腿-37Ⅱ腿-133Ⅲ腿-117Ⅳ腿020xx1月對鐵塔場地進(jìn)行巖土工程補(bǔ)充勘察,鉆孔地質(zhì)剖面見圖3,各土層特征分述如下：素填土①：淺黃色、褐灰色,稍濕-濕,結(jié)構(gòu)松散,填料成分以粉質(zhì)粘性土為主,底部為原塔施工時換填的中砂,屬新近回填而成,該層在場區(qū)均有揭露,厚度5.80～6.80m；淤泥②：呈灰黑色,濕,流塑狀,觸變、污手,含些腐殖質(zhì),具腥臭味；該層在Ⅳ腿附近缺失〔ZK3孔未揭露〕,其埋深5.80～6.50m,厚度2.10～3.20m；粉質(zhì)粘土③：褐灰色、青灰色,呈可塑～硬塑狀,成分以粘、粉粒為主,砂礫含量為10%左右,粘性強(qiáng),屬沖洪積而成；該層在場區(qū)均有揭露,其埋深6.80～9.00m,厚度7.80～10.10m；殘積砂質(zhì)粘性土④：系花崗巖風(fēng)化殘積而成,呈淺黃色、褐黃色、灰白色,濕,可塑狀～硬塑狀,主要由長石風(fēng)化的粘粉粒、石英砂粒與少量云母碎屑組成,石英砂粒含量約15%,具遇水易崩解、軟化的特點(diǎn)；該層在場區(qū)均有揭露,其埋深16.80～17.00m,揭露厚度1.15～3.15m,屬中等壓縮性土,工程性能較好。圖3鉆孔地質(zhì)剖面〔單位：m〕既有建筑物糾偏加固機(jī)理3.1既有建筑物基礎(chǔ)加固托換技術(shù)既有建<構(gòu)>筑物地基加固與基礎(chǔ)托換主要從3方面考慮：一是通過將原基礎(chǔ)加寬,減小作用在地基土上的接觸壓力。雖然地基土強(qiáng)度和壓縮性沒有改變,但單位面積上荷載減小,地基土中附加應(yīng)力水平減小,可使原地基滿足建筑物對地基承載力和變形的要求?；蛘咄ㄟ^基礎(chǔ)加深,雖未改變作用在地基土上的接觸應(yīng)力,但由于基礎(chǔ)埋深加大,一者使基礎(chǔ)置入較深的好土層,再者加大埋深,地基承載力通過深度修正也有所增加。二是通過地基處理改良地基土體或改良部分地基土體,提高地基土體抗剪強(qiáng)度、改善壓縮性,以滿足建筑物對地基承載力和變形的要求,常用如高壓噴射注漿、壓力注漿以與化學(xué)加固、排水固結(jié)、壓密、擠密等技術(shù)。三是在地基中設(shè)置墩基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)等豎向增強(qiáng)體,通過復(fù)合地基作用來滿足建筑物對地基承載力和變形的要求,常用錨桿靜壓樁、樹根樁或高壓旋噴注漿等加固技術(shù)。有時可將上述幾種技術(shù)綜合應(yīng)用。3.1.1基礎(chǔ)加固技術(shù)有許多既有建筑物或改建增層工程,常因基礎(chǔ)底面積不足而使地基承載力或變形不滿足規(guī)X要求,從而導(dǎo)致既有建筑物開裂或傾斜；或由于基礎(chǔ)材料老化、浸水、地震或施工質(zhì)量等因素的影響,原有地基基礎(chǔ)已顯然不再適應(yīng),一般常用基礎(chǔ)加寬托換,以增大基礎(chǔ)支承面積、加強(qiáng)基礎(chǔ)剛度、或增大基礎(chǔ)的埋置深度等。通常采用混凝土套或鋼筋混凝土套加固。當(dāng)采用混凝土套或鋼筋混凝土套時,應(yīng)注意以下幾點(diǎn)施工要求：基礎(chǔ)加大后剛性基礎(chǔ)應(yīng)滿足混凝土剛性角要求,柔性基礎(chǔ)應(yīng)滿足抗彎要求；為使新舊基礎(chǔ)牢固聯(lián)結(jié),在灌注混凝土前應(yīng)將原基礎(chǔ)鑿毛并刷洗干凈,再涂一層高標(biāo)號水泥砂漿,沿基礎(chǔ)高度每隔一定距離應(yīng)設(shè)置錨固鋼筋；也可在墻腳或圈梁鉆孔穿鋼筋,再用環(huán)氧樹脂填滿,穿孔鋼筋須與加固筋焊牢；對加套的混凝土或鋼筋混凝土的加寬部分,其地基上應(yīng)鋪設(shè)的墊料與其厚度,應(yīng)與原基礎(chǔ)墊層的材料與厚度相同,使加套后的基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)的基底標(biāo)高和應(yīng)力擴(kuò)散條件相同和變形協(xié)調(diào)；對條形基礎(chǔ)應(yīng)按長度1.5～2.0m劃分成許多單獨(dú)區(qū)段,分別進(jìn)行分批、分段、間隔施工,決不能在基礎(chǔ)全長挖成連續(xù)的坑槽和使全長上地基土暴露過久,以免導(dǎo)致地基土浸泡軟化,使基礎(chǔ)隨之產(chǎn)生很大的不均勻沉降。當(dāng)原基礎(chǔ)承受中心荷載時,可采用雙面加寬；當(dāng)原基礎(chǔ)承受偏心荷載,或受相鄰建筑基礎(chǔ)條件限制,或?yàn)槌两悼p處的基礎(chǔ),或?yàn)榱瞬挥绊懯覂?nèi)正常使用時,可在單面加寬原基礎(chǔ)；亦可將柔性基礎(chǔ)改為剛性基礎(chǔ)；也可將條形基礎(chǔ)擴(kuò)大成片筏基礎(chǔ)。3.1.2坑式托換加固若根據(jù)驗(yàn)算原地基承載力和變形不能滿足規(guī)X要求時,除了可采用基礎(chǔ)加寬的托換方法外,尚可將基礎(chǔ)落深在較好的新持力層上的坑式托換加固方法,也稱為墩式托換?？邮酵袚Q基礎(chǔ)施工步驟：在貼近被托換的基礎(chǔ)側(cè)面,由人工開挖一個長×寬為1.2m×0.9m的豎向?qū)Э?并挖到比原有基礎(chǔ)底面下再深1.5m處；再將導(dǎo)坑橫向擴(kuò)展到直接的基礎(chǔ)下面,并繼續(xù)在基礎(chǔ)下面開挖到所要求的持力層標(biāo)高；采用現(xiàn)澆混凝土澆筑已被開挖出來的基礎(chǔ)下的挖坑體積形成墩子。但在離原有基礎(chǔ)底面8cm處停止?jié)沧?養(yǎng)護(hù)一天后,再將1:1干硬性水泥砂漿放進(jìn)8cm的空隙內(nèi),充分搗實(shí)成填充層；用同樣步驟,再分段分批的挖坑和修筑墩子,直至全部托換基礎(chǔ)的工作完成為止。3.1.3樁式托換加固樁式托換加固法是采用坑式靜壓樁、錨桿靜壓樁、灌注樁和樹根樁等樁型進(jìn)行托換的技術(shù)。錨桿靜壓樁是錨桿和靜力壓樁兩項(xiàng)技術(shù)巧妙結(jié)合而形成的一種樁基施工新工藝,它是對需進(jìn)行地基基礎(chǔ)加固的既有建筑物基礎(chǔ)上按設(shè)計開鑿壓樁孔和錨桿孔,用粘結(jié)劑埋好錨桿,然后安裝壓樁架與建筑物基礎(chǔ)連為一體,并利用既有建筑物自重作反力,用千斤頂將預(yù)制樁段壓人土中,樁段間用硫磺膠泥或焊接連接。當(dāng)壓樁力或壓人深度達(dá)到設(shè)計要求后,將樁與基礎(chǔ)用微膨脹混凝土澆注在一起,樁即可受力,從而達(dá)到提高地基承載力和控制沉降的目的。錨桿靜壓樁施工機(jī)具簡單,施工作業(yè)面小,施工方便靈活,技術(shù)可靠,效果明顯,施工時無振動,無污染,對原有建筑物里生活或生產(chǎn)秩序影響小。錨桿靜壓樁適用X圍廣,可適用于粘性土、淤泥質(zhì)土、雜填土、粉土、黃土等地基。錨桿靜壓樁技術(shù)除應(yīng)用于已有建筑物地基加固外,也應(yīng)用于新建建<構(gòu)>筑物基礎(chǔ)工程。在鬧市區(qū)舊城改造中,限于周圍交通條件難以運(yùn)進(jìn)打樁設(shè)備,或施工場所很窄,打樁施工工作面不夠時,可采用錨桿靜壓樁技術(shù)進(jìn)行樁基施工。在施工設(shè)備短缺地區(qū),無打樁設(shè)備,也可用錨桿靜壓樁技術(shù)進(jìn)行樁基施工。對于新建建筑物,在基礎(chǔ)施工時可按設(shè)計預(yù)留壓樁孔和預(yù)埋錨桿,待上部結(jié)構(gòu)施工至3～4層時,再利用建筑物自重作為壓樁反力開始壓樁。錨桿靜壓樁的壓樁施工應(yīng)遵循下述各點(diǎn)：根據(jù)壓樁力大小選定壓樁設(shè)備與錨桿直徑,對觸變性土<粘性土>,壓樁力可取1.3～1.5倍的單樁容許承載力,對非觸變性土<砂土>,壓樁力可取2倍的單樁容許承載力；壓樁架要保持垂直,應(yīng)均衡擰緊錨固螺栓的螺帽,在壓樁施工過程中,應(yīng)隨時擰緊松動的螺帽；樁段就位必須保持垂直,不得偏壓。當(dāng)壓樁力較大時,樁頂應(yīng)墊3～4cm厚的麻袋,其上墊鋼板再進(jìn)行壓樁,防止樁頂壓碎；壓樁施工時不宜數(shù)臺壓樁機(jī)同時在一個獨(dú)立柱基上施工。施工期間,壓樁力總和不得超過既有建筑物的自重,以防止基礎(chǔ)上抬造成結(jié)構(gòu)破壞；壓樁施工不得中途停頓,應(yīng)一次到位。如不得已必須中途停頓時,樁尖應(yīng)停留在軟弱土層中,且停歇時間不宜超過24小時；采用硫磺膠泥接樁時,上節(jié)樁就位后應(yīng)將插筋插人插筋孔內(nèi),檢查重合無誤,間隙均勻后,將上節(jié)樁吊起l0cm,裝上硫磺膠泥夾箍,澆注硫磺膠泥,并立即將上節(jié)樁保持垂直放下,接頭側(cè)面應(yīng)平整光滑,上下樁面應(yīng)充分粘結(jié),待接樁中的硫磺膠泥固化后<一般氣溫下,經(jīng)五分鐘硫磺膠泥即可固化>,才能開始繼續(xù)壓樁施工。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時,應(yīng)對插筋和插筋孔作表面加溫處理；熬制硫磺膠泥的溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在140～145℃X圍內(nèi),澆注時溫度不得低于140℃；采用焊接接樁時,應(yīng)清除表面鐵銹,進(jìn)行滿焊,確保質(zhì)量；樁與基礎(chǔ)的連接<即封樁>是整個壓樁施工中的關(guān)鍵工序之一,必須認(rèn)真進(jìn)行；壓樁施工的控制標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)以設(shè)計最終壓樁力為主,樁入土深度為輔加以控制。樹根樁是一種小直徑鉆孔灌注樁,其直徑通常為100mm～250mm,有時也有采用300mm。先利用鉆機(jī)鉆孔,滿足設(shè)計要求后,放人鋼筋或鋼筋籠,同時放人注漿管,用壓力注入水泥漿或水泥砂漿而成樁,亦可放人鋼筋籠后再灌人碎石,然后注入水泥漿或水泥砂漿而成樁。小直徑鉆孔灌注樁也有人稱為微型樁。小直徑鉆孔灌注樁可以豎向、斜向設(shè)置,網(wǎng)狀布置如樹根狀,故稱為樹根樁。樹根樁技術(shù)的特點(diǎn)是：機(jī)具簡單,施工場地??；施工時振動和噪音小,施工方便；施工時因樁孔很小,故而對墻身和地基土都不產(chǎn)生任何次應(yīng)力,所以托換加固時不存在對墻身有危險；也不擾動地基土和干擾建筑物的正常工作情況；樹根樁適用于碎石土、砂土、粉土、粘性土、濕陷性黃土和巖石等各類地基土；樹根樁不僅可承受豎向荷載,還可承受水平向荷載。壓力注漿使樁的外側(cè)與土體緊密結(jié)合,使樁具有較大的承載力。樹根樁加固地基的設(shè)計計算內(nèi)容與樹根樁在地基加固中的效用有關(guān),應(yīng)視工程情況區(qū)別對待。樹根樁一般為摩擦樁,與地基土體共同承擔(dān)荷載,可視為剛性樁復(fù)合地基。對于網(wǎng)狀樹根樁,可視為修筑在土體中的三維結(jié)構(gòu),設(shè)計時以樁和土間的相互作用為基礎(chǔ),由樁和土組成復(fù)合土體的共同作用,將樁與土圍起來的部分視為一個整體結(jié)構(gòu),其受力猶如一個重力式擋土結(jié)構(gòu)一樣。樹根樁與樁間土共同承擔(dān)荷載,樹根樁的承載力發(fā)揮還取決于建筑物所能容許承受的最大沉降值。容許的最大沉降值愈大,樹根樁承載力發(fā)揮度愈高。容許的最大沉降值愈小,樹根樁承載力發(fā)揮度愈低。承擔(dān)同樣的荷載,當(dāng)樹根樁承載力發(fā)揮度低時,則要求設(shè)置較多的樹根樁數(shù)。樹根樁施工時如不下套管會出現(xiàn)縮頸或塌孔現(xiàn)象時,應(yīng)將套管下到產(chǎn)生縮頸或塌孔的土層深度以下；注漿時注漿管的埋設(shè)應(yīng)離孔底標(biāo)高200mm,從開始注漿起,對注漿管要進(jìn)行不定時的上下松動,在注漿結(jié)束后要立即拔出注漿管,每拔1m必須補(bǔ)漿一次,直至拔出為止；注漿施工時應(yīng)防止出現(xiàn)穿孔和漿液沿砂層大量流失的現(xiàn)象,可采用跳孔施工、間歇施工或增加速凝劑摻量等措施來防X；額定注漿量應(yīng)不超過按樁身體積計算量的3倍,當(dāng)注漿量達(dá)到額定注漿量時應(yīng)停止注漿；注漿后由于水泥漿收縮較大,故在控制樁頂標(biāo)高時,應(yīng)根據(jù)樁截面和樁長的大小,采用高于設(shè)計標(biāo)高5%～10%的施工標(biāo)高。坑式靜壓樁<亦稱壓人樁或頂承靜壓樁>是在已開挖的基礎(chǔ)下托換坑內(nèi),利用建筑物上部結(jié)構(gòu)自重作支承反力,用千斤頂將預(yù)制好的鋼管樁或鋼筋混凝土樁段接長后逐段壓人土中的托換方法坑式靜壓樁亦是將千斤頂?shù)捻斏砗挽o壓樁技術(shù)融為一體的托換技術(shù)新方法。坑式靜壓樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、濕陷性土和人工填土,且有埋深較淺的硬持力層。當(dāng)?shù)鼗林泻休^多的大塊石、堅硬粘性土或密實(shí)的砂土夾層時,由于樁壓人時難度較大,則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用與否。預(yù)壓樁的設(shè)計思路是針對坑式靜壓樁的施工存在局限而予以改進(jìn)的。亦即預(yù)壓樁能阻止坑式靜壓樁施工中在撤出千斤頂時壓入樁的回彈,阻止壓入樁回彈的方法是在撤出千斤頂之前,在被頂壓的樁頂與基礎(chǔ)底面之間加進(jìn)一個楔緊的工字鋼。預(yù)壓樁的施工方法,其前階段施工與坑式靜壓樁施工完全相同。即當(dāng)鋼管樁<或預(yù)制鋼筋混凝土樁>達(dá)到要求的設(shè)計深度,如果是鋼管樁管內(nèi)要灌注混凝土,則需待混凝土結(jié)硬后才能進(jìn)行預(yù)壓工作。一般要用兩個并排設(shè)置的液壓千斤頂放在基礎(chǔ)底和鋼管樁頂面間。兩個千斤頂間要有足夠的空位,以便將來安放楔緊的工字鋼鋼柱,兩個液壓千斤頂可由小液壓泵手搖驅(qū)動。荷載應(yīng)施加到樁的設(shè)計荷載的150％為止。在荷載保持不變的情況下<一小時內(nèi)沉降不增加才被認(rèn)為是穩(wěn)定的>,然后截取一段工字鋼豎放在兩個千斤頂之間,再將鐵錘打緊鋼楔,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明,只要轉(zhuǎn)移10％～15％的荷載,就可有效地對樁進(jìn)行預(yù)壓,并阻止了壓人樁的回彈,此時千斤頂已停止工作,并可將其撤出。然后用干填法或在壓力不大的情況下將混凝土灌注到基礎(chǔ)底面,最后將樁頂與工字鋼柱用混凝土包起來,此時預(yù)壓樁施工才告結(jié)束。3.1.4灌漿托換加固灌漿法是指利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理,通過注漿管把漿液均勻地注入地層中,漿液以填充、滲透和擠密等方式,趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置,經(jīng)人工控制一定時間后,漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體,形成一個結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的"結(jié)石體"。灌漿法在我國煤炭、冶金、水電、建筑、交通和鐵道等部門都進(jìn)行了廣泛使用,并取得了良好的效果。其加固目的有以下幾方面：增加地基土的不透水性。防止流砂、鋼板樁滲水、壩基漏水和隧道開挖時涌水,以與改善地下工程的開挖條件；防止橋墩和邊坡護(hù)岸的沖刷；整治坍方滑坡,處理路基病害；提高地基土的承載力,減少地基的沉降和不均勻沉降；進(jìn)行托換技術(shù),對古建筑的地基加固。灌漿加固離不開漿材,而漿材品種和性能的好壞,又直接關(guān)系著灌漿工程的成敗、質(zhì)量和造價,因而灌漿工程界歷來對灌漿材料的研究和發(fā)展極為重視。現(xiàn)在可用的漿材越來越多,尤其在我國,漿材性能和應(yīng)用問題的研究比較系統(tǒng)和深入,有些漿材通過改性使其缺點(diǎn)消除后,正朝理想漿材的方向演變。灌漿工程中所用的漿液是由主劑<原材料>、溶劑<水或其它溶劑>與各種外加劑混合而成。通常所提的灌漿材料是指漿液中所用的主劑。外加劑可根據(jù)在漿液中所起的作用,分為固化劑、催化劑、速凝劑、緩凝劑和懸浮劑等。漿液材料分類的方法很多,如：按漿液所處狀態(tài),可分為真溶液、懸浮液和乳化液；按工藝性質(zhì),可分為單漿液和雙漿液；按主劑性質(zhì),可分為無機(jī)系和有機(jī)系等。根據(jù)灌漿機(jī)理,灌漿法可分為下述幾類：1>滲透灌漿：滲透灌漿是指在壓力作用下使?jié){液充填土的孔隙和巖石的裂隙,排擠出孔隙中存在的自由水和氣體,而基本上不改變原狀土的結(jié)構(gòu)和體積<砂性土灌漿的結(jié)構(gòu)原理>,所用灌漿壓力相對較小。這類灌漿一般只適用于中砂以上的砂性土和有裂隙的巖石。代表性的滲透灌漿理論有：球形擴(kuò)散理論、柱形擴(kuò)散理論和袖套管法理論。2>劈裂灌漿劈裂灌漿是指在壓力作用下,漿液克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度,引起巖石和土體結(jié)構(gòu)的破壞和擾動,使其沿垂直于小主應(yīng)力的平面上發(fā)生劈裂,使地層中原有的裂隙或孔隙X開,形成新的裂隙或孔隙,漿液的可灌性和擴(kuò)散距離增大,而所用的灌漿壓力相對較高。對巖石地基,目前常用的灌漿壓力尚不能使新鮮巖體產(chǎn)生劈裂,主要是使原有的隱裂隙或微裂隙產(chǎn)生擴(kuò)X。對于砂礫石地基,其透水性較大,漿液摻入將引起超靜水壓力,到一定程度后將引起砂礫石層的剪切破壞,土體產(chǎn)生劈裂。對粘性土地基,在具有較高灌漿壓力作用下,土體可能沿垂直于小主應(yīng)力的平面產(chǎn)生劈裂,漿液沿劈裂面擴(kuò)散,并使劈裂面延伸。在荷載作用下地基中各點(diǎn)小主應(yīng)力方向是變化的,而且應(yīng)力水平不同,在劈裂灌漿中,劈裂縫的發(fā)展走向較難估計。3>擠密灌漿擠密灌漿是指通過鉆孔在土中灌入極濃的漿液,在注漿點(diǎn)使土體擠密,在注漿管端部附近形成"漿泡"。當(dāng)漿泡的直徑較小時,灌漿壓力基本上沿鉆孔的徑向擴(kuò)展。隨著漿泡尺寸的逐漸增大,便產(chǎn)生較大的上抬力而使地面抬動。經(jīng)研究證明,向外擴(kuò)X的漿泡將在土體中引起復(fù)雜的徑向和切向應(yīng)力體系。緊靠漿泡處的土體將遭受嚴(yán)重破壞和剪切,并形成塑性變形區(qū),在此區(qū)內(nèi)土體的密度可能因擾動而減?。浑x漿泡較遠(yuǎn)的土則基本上發(fā)生彈性變形,因而土的密度有明顯的增加。漿泡的形狀一般為球形或圓柱形。在均勻土中的漿泡形狀相當(dāng)規(guī)則,而在非均質(zhì)土中則很不規(guī)則。漿泡的最后尺寸取決于很多因素,如土的密度、濕度、力學(xué)性質(zhì)、地表約束條件、灌漿壓力和注漿速率等。有時漿泡的橫截面直徑可達(dá)1m或更大,實(shí)踐證明,離漿泡界面0.3～2.0m內(nèi)的土體都能受到明顯的加密。擠密灌漿常用于中砂地基,粘土地基中若有適宜的排水條件也可采用。如遇排水困難而可能在土體中引起高孔隙水壓力時,這就必須采用很低的注漿速率。擠密灌漿可用于非飽和的土體,以調(diào)整不均勻沉降進(jìn)行托換技術(shù),以與在大開挖或隧道開挖時對鄰近土進(jìn)行與加固。4>電動化學(xué)灌漿電動化學(xué)灌漿是指在施工時將帶孔的注漿管作為陽極,用濾水管作為陰極,將溶液由陽極壓入土中,并通以直流電<兩電極間電壓梯度一般采用0.3～1.0V/cm>,在電滲作用下,孔隙水由陽極流向陰極,促使通電區(qū)域中土的含水量降低,并形成滲漿通路,化學(xué)漿液也隨之流入土的孔隙中,并在土中硬結(jié)。因而電動化學(xué)灌漿是在電滲排水和灌漿法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種加固方法。但由于電滲排水作用,可能會引起鄰近既有建筑物基礎(chǔ)的附加下沉,這一情況應(yīng)予慎重注意。3.2傾斜建筑物糾偏加固技術(shù)軟土地基一般來說地質(zhì)條件較差,加上勘察失誤、設(shè)計不當(dāng)或施工質(zhì)量低劣以與自然災(zāi)害等原因,常使建筑物不均勻下沉,使其發(fā)生傾斜、撓曲、開裂等病害現(xiàn)象；此外,城市建筑櫛比鱗次,地下空間開發(fā)、深基坑工程開挖也常使鄰近地面建筑物不均勻下沉,造成地面建筑物開裂、傾斜等巖土工程災(zāi)害。這些病害輕者影響建筑物的正常使用,重者危與人民生命財產(chǎn)安全,此類危險建筑物的病害治理是當(dāng)前巖土工程研究的重要課題?，F(xiàn)有危險建筑物糾偏加固技術(shù)主要分為迫降法和頂升法兩大類。迫降法是在建筑物沉降小的一側(cè)采用掏土、浸水、加壓或淤泥觸變等擾動措施迫使基礎(chǔ)下沉實(shí)現(xiàn)危險建筑物的改斜歸正；所謂的頂升法即在建筑物沉降大的一側(cè)采用錨桿靜壓樁、托梁柱或地基注入膨脹劑等措施頂升基礎(chǔ)從而使建筑物回傾。到目前為止,不管國內(nèi)還是國外,由于軟土擾動變形無法預(yù)測更無法控制,危險建筑物糾偏加固設(shè)計仍停留在經(jīng)驗(yàn)累積階段,雖然有近似設(shè)計方法,但還很不成熟。同時糾偏加固施工過程中,工程師們常通過頻繁的建筑物變形觀測監(jiān)控施工全過程,并與時將觀測成果反饋,供決策者調(diào)整施工計劃時參考,但這一切只能依賴于工程師們的經(jīng)驗(yàn)判斷,只是一種簡單的閉環(huán)控制,頗顯盲目與被動。在總結(jié)工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善發(fā)展信息化施工方法,不僅具有豐富的學(xué)術(shù)內(nèi)涵,而且更具有廣闊的應(yīng)用前景。迄今為止國內(nèi)外對普通建筑物糾偏加固積累了一定經(jīng)驗(yàn),但對于輸電線路鐵塔加固糾偏研究還很有限,加固糾偏技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)報道很少。由于輸電線路鐵塔屬高聳結(jié)構(gòu),鐵塔的材料、結(jié)構(gòu)、受力情況與基礎(chǔ)形式與普通建筑物有很大的不同,因此有必要對輸電線路鐵塔加固糾偏技術(shù)開展相關(guān)研究,解決輸電線路鐵塔加固糾偏關(guān)鍵技術(shù),為輸電線路鐵塔原位在線加固糾偏提供技術(shù)支持。鐵塔有限元分析基礎(chǔ)隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)值分析方法逐漸成為繼室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場測試之外的一種有效的分析工具。數(shù)值分析方法的類型有多種,包括有限差分法、有限單元法、邊界單元法等,其中以有限單元法的應(yīng)用最為廣泛。有限單元法是近半個世紀(jì)以來適應(yīng)計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型數(shù)值計算分析方法。它的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。由于單元形狀和聯(lián)結(jié)方式的多樣性,有限單元法能夠模擬幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元法的一個重要特點(diǎn)是利用在每一個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待求解的未知場函數(shù)；在一個問題的有限元分析中,未知場函數(shù)或與其導(dǎo)數(shù)在各個節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值成為新的未知量,求解出這些未知量,進(jìn)而利用插值函數(shù)可得到整個求解域上的近似解。對于土工結(jié)構(gòu)分析有限元法來說,根據(jù)未知量的不同,可分為位移法,應(yīng)力法和混合法,其中應(yīng)用最為廣泛的是位移法。輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)形式隨線路電壓等級、沿線地形、施工運(yùn)行條件等各種因壽素變化而變化,形式繁多。在實(shí)際運(yùn)行過程中,所受到的載荷也是多種多樣的．如鐵塔在正常運(yùn)行情況下,受到的載荷主要有導(dǎo)線自重、風(fēng)力、覆冰的作用以與年望平均氣溫的影響,在這些條件下,鐵塔都應(yīng)該有足夠強(qiáng)度以保證輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外．在一些特殊的情況下,如導(dǎo)線斷裂時．鐵塔也應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度以防止由于斷線而引起的進(jìn)一步嚴(yán)重破壞。鐵塔的力學(xué)性能研究中,靜態(tài)分析是基礎(chǔ)。除了受靜態(tài)載荷外．鐵塔大部分時間要受到動態(tài)載荷的作用．振動是輸電鐵塔受到破壞的主要原因．比如風(fēng)振。高幾壓輸電線路導(dǎo)線是一種柔性很大的結(jié)構(gòu)物,在一定的風(fēng)力作用下．會發(fā)生穩(wěn)定的風(fēng)致微幅振動．在特定風(fēng)況和環(huán)境條件下,還會發(fā)生強(qiáng)烈的風(fēng)致耦合振動．這時塔架的振動往往會加劇導(dǎo)線振動,導(dǎo)線振動反過來又加劇高壓輸電鐵塔的受迫振動,這樣惡性循環(huán)造成鐵塔的破壞。除了風(fēng)力作用外．另外一些外部因素,如地震亦可引起輸電鐵塔的強(qiáng)烈振動．造成嚴(yán)重破壞。對這些動態(tài)載荷而言．比較有效的處理方法就是將其轉(zhuǎn)化成為靜態(tài)載荷來處理。傳統(tǒng)的鐵塔設(shè)計方法是手工計算,采用結(jié)構(gòu)力學(xué)與有限元方法對其進(jìn)行力學(xué)性能分析．這要求設(shè)計人員具備豐富的鐵塔設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。采用有限元方法分析時,工程中一般采用空間桁架模型來處理。在鐵塔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究方面．有較完善的理論基礎(chǔ)與相應(yīng)的設(shè)計規(guī)X．隨著電子計算機(jī)的發(fā)展,鐵塔分析軟件也越來越多．比如東北電力XX用FORTRAN77編寫的自立式鐵塔內(nèi)力分析軟件．但是其嚴(yán)格的數(shù)據(jù)輸入要求,繁瑣的操作過程,阻礙了它的進(jìn)一步推廣。通用有限元軟件．如SuperSAP也可用于鐵塔進(jìn)行內(nèi)力分析,但很難利用鐵塔的特征進(jìn)行建模。在鐵塔的動態(tài)特性研究方面．傳統(tǒng)的高壓輸電鐵塔固有頻率還是按某一經(jīng)驗(yàn)公式計算,有很一多專家學(xué)者投入到這方面的研究,而收效甚微,大部分是根據(jù)鐵塔的動態(tài)特性將動態(tài)載荷等效成靜態(tài)載荷來處理。近幾十年來,有限元法已成為計算力學(xué)中解決工程問題的主要數(shù)值計算方法。傳統(tǒng)鐵塔設(shè)計方法是手工計算,采用結(jié)構(gòu)力學(xué)與有限元方法對其進(jìn)行力學(xué)性能分析,當(dāng)要求數(shù)據(jù)精確度不高時,有時采用近似值法,這要求設(shè)計人員具備豐富的鐵塔設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。采用有限元方法分析時,工程中一般采用空間行架模型或是剛架模型來處理。在鐵塔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究方面,有較完善的理論基礎(chǔ)。在計算機(jī)分析軟件出現(xiàn)前,把鐵塔視為空間超靜定桁架來分析,但是人工的分析超靜空間的析架是非常困難,做了許多簡化假定進(jìn)行簡化分析,而現(xiàn)有的計算機(jī)處理方式常用一階線性彈性分析方法。這種方法是用矩陣位移法或有限元法,將所有存在的桿件作為線性彈性來處理,即拉桿與壓桿的承受能力相同,忽略變形的殘余效應(yīng)。這樣的處理方法往往忽視了壓桿穩(wěn)定性控制的因素,因此給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了很不必要的耗鋼量。隨著電子計算機(jī)的發(fā)展,鐵塔分析軟件也越來越多,但是其嚴(yán)格的數(shù)據(jù)輸入要求,繁瑣的操作過程,阻礙了它的進(jìn)一步推廣。通用有限元軟件,如SuperSAP也可用于鐵塔進(jìn)行內(nèi)力分析,但很難利用鐵塔的特征進(jìn)行建模。在鐵塔的動態(tài)特性研究方面,傳統(tǒng)的鐵塔固有頻率還是按某一經(jīng)驗(yàn)公式計算,有很多專家學(xué)者投入到這方面的研究,而收效甚微,大部分是根據(jù)鐵塔的動態(tài)特性將動態(tài)載荷等效成靜態(tài)載荷來處理。工程應(yīng)用中,通常將鐵塔轉(zhuǎn)化成空間桁架模型。空間桁架模型的桿件均視為拉壓桿,內(nèi)力計算時忽略了全部的彎矩傳遞,這樣的處理與程實(shí)際有不小的差距,因而在角鋼截面規(guī)格的選擇上也偏大,應(yīng)用實(shí)例也證明了這個結(jié)論。轉(zhuǎn)化為空間桁架模型還會經(jīng)常要碰到平面節(jié)點(diǎn)問題。平面節(jié)點(diǎn),指的是鐵塔在形成空間桁架計算模型的時候,模型中和某一節(jié)點(diǎn)相連的所有單元都處在同一個平面內(nèi),節(jié)點(diǎn)在這個平面內(nèi)是有約束的,而當(dāng)該平面處于空間位置時,節(jié)點(diǎn)在這個平面的法線方向上沒有約束,增加了空間節(jié)點(diǎn)的自由度,這樣的節(jié)點(diǎn)在工程中就稱之為平面節(jié)點(diǎn)。有平面節(jié)點(diǎn)的模型在求解平衡方程的時候,必須要添加額外的約束來限制平面節(jié)點(diǎn)在平面法線方向上的自由度,否則方程沒有唯一解。在處理平面節(jié)點(diǎn)問題時,工程中也有很多方法,最簡單的方法就是完全約束平面節(jié)點(diǎn)在平面法線方向的自由度,但這樣會帶來較大的計算誤差。所以處理節(jié)點(diǎn)問題就要選擇合適的計算模型,盡可能減少誤差給桿件內(nèi)力帶來的影響。工程應(yīng)用中,鐵塔的處理方法是視鐵塔為空間剛架模型。剛架模型,不會出現(xiàn)幾何可變的問題,但是節(jié)點(diǎn)剛度很難確定。一般采用剛節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行處理,但是這樣人為的加大了鐵塔結(jié)構(gòu)的整體剛度。由于需要確定梁截面的方向,集空間剛架模型在建模時,所有桿件的交點(diǎn)處均視為剛節(jié)點(diǎn)?？臻g節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多,建立模型的過程中,數(shù)據(jù)輸入量較大。這種處理方法與實(shí)際的模型有一定的差異,給桿件的內(nèi)力計算帶來一定的誤差。所以處理節(jié)點(diǎn)問題就要選擇合適的計算模型,應(yīng)根據(jù)鐵塔結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)來確定單元模型。通信鐵塔結(jié)構(gòu)中的主材〔弦桿〕因其剛度明顯大于斜材〔腹桿〕,而且在節(jié)點(diǎn)處保持連續(xù),所以視為剛架模型中的梁單元。而斜材兩端直接與主材相連,或有再分節(jié)點(diǎn),端部約束和自身剛度比較小,內(nèi)力和二階應(yīng)力都不大,因此在鐵塔結(jié)構(gòu)的簡化計算中應(yīng)考慮為桿單元。這樣的處理方法,剛架結(jié)構(gòu)中的梁單元就會限制節(jié)點(diǎn)的空間位移參數(shù)。即把鐵塔視為空間中的由梁單元和桿單元組成的梁桁混合模型。形成計算模型的同時就要求所有的計算節(jié)點(diǎn)都在模型的梁單元上面,而由梁單元組成的剛架結(jié)構(gòu)在空間是有約束的,因此本文采用這種方法就很容易的處理了平面節(jié)點(diǎn)問題。在對鐵塔進(jìn)行力學(xué)有限元分析時,關(guān)鍵是生成力學(xué)計算模型?？紤]到鐵塔本身的特點(diǎn)．通常是由角鋼組成,鐵塔桿件主要受到軸向力的作用．銜接處一般采用螺栓聯(lián)接或焊接而成,故在一般的工程計算中都將鐵塔視為空間析架模型來處理。而鐵塔的主材具備梁的特點(diǎn),除了能承受軸向力之外．還可以承受剪切力、彎矩等．并且在各角鋼的聯(lián)接處,因采用聯(lián)接板聯(lián)接．每段角鋼上也大多數(shù)用多個螺栓聯(lián)接,這也增加了角鋼的約束．增強(qiáng)了其剛度．但是如果將模型建立為空間剛架模型．鐵塔將會導(dǎo)致全剛化,剛度過強(qiáng)．也不符合鐵塔本身的特點(diǎn)。鐵塔實(shí)際模型的前后處理采用圖形處理方式。前處理圖形輸入主要采用模塊化的輸入方式,將常用的鐵塔節(jié)間建成模板數(shù)據(jù)庫。將鐵塔的結(jié)構(gòu)信息、計算信息模板化,這樣在鐵塔建模時只需改變單元的材料、型鋼等屬性就可以將有限元計算所需要的基本信息添加到模型中。得到鐵塔的幾個關(guān)鍵點(diǎn)〔也可以稱之為鐵塔定位點(diǎn)〕后,根據(jù)這些關(guān)鍵點(diǎn)建立鐵塔模塊組、劃分模塊、填充節(jié)間、完成模型等一系列前處理過程。建立鐵塔的實(shí)際模型后,要將其轉(zhuǎn)化成有限元計算模型才能進(jìn)行有限元分析計算。本文有限元計算中選用的坐標(biāo)系為前處理模型的坐標(biāo)系,然后在鐵塔實(shí)際模型中提取出符合條件的節(jié)點(diǎn)和單元構(gòu)成有限元模型。提取節(jié)點(diǎn)和單元的過程如下所述。<1>提取節(jié)點(diǎn)。實(shí)際模型中節(jié)點(diǎn)的類型有兩種：計算節(jié)點(diǎn)和非計算節(jié)點(diǎn)。在建立有限元計算模型時,將計算節(jié)點(diǎn)提取出來,剔除掉非計算節(jié)點(diǎn),構(gòu)成計算模型的節(jié)點(diǎn)。<2〕提取單元。實(shí)際模型的單元類型有四類：主材、橫隔材、斜材和輔材,將主材、橫隔材和斜材提取出來分別作為計算模型中的梁單元和桿單元。輔材因?yàn)椴皇茏饔昧?在計算模型中不予考慮。<3〕校核單元左右節(jié)點(diǎn)、定位點(diǎn)的編號。在提取節(jié)點(diǎn)的時候,為便于計算,將計算模型中的節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)行編號,因此與實(shí)際模型中節(jié)點(diǎn)編號已不相同,這樣確定單元空間位置的左右節(jié)點(diǎn)號以與定位點(diǎn)號均已發(fā)生變化,為了與已經(jīng)提取出來的計算模型的節(jié)點(diǎn)編號一致,必須要將這些節(jié)點(diǎn)的編號進(jìn)行校核。鐵塔的計算模型建立以后,組集總剛度矩陣,建立平衡方程并對其進(jìn)行求解,得到模型節(jié)點(diǎn)位移,接著將計算模型的位移還原到原始模型上,求出各個單元的內(nèi)力,再根據(jù)不同設(shè)計規(guī)X對其進(jìn)強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核。鐵塔傾斜原因分析與鐵塔健康狀況評價根據(jù)上述提供的工程場地地質(zhì)條件分析認(rèn)為,淤泥②層在Ⅳ腿附近缺失,也就是說地基軟弱下臥層分布不均勻是鐵塔傾斜的主要原因。應(yīng)用FEM數(shù)值模擬技術(shù)判斷大型建筑結(jié)構(gòu)特別是高聳結(jié)構(gòu)的健康狀況近年在國內(nèi)外發(fā)展迅速,是土木工程研究的重要創(chuàng)新,并在實(shí)際工程得到很好的應(yīng)用。本文采用大型有限元軟件Midas/civil建立輸電線路鐵塔計算模型[4],分析塔基不均勻沉降對塔身的影響,在此基礎(chǔ)上對鐵塔健康狀況作出合理的評價,這是傾斜鐵塔能否進(jìn)一步采取糾偏加固措施的基礎(chǔ)。MIDAS/Civil是基于對預(yù)應(yīng)力箱型橋、懸索橋、斜X橋、水化熱分析等土木建筑的分析中所需要的各種功能進(jìn)行綜合考慮而開發(fā)的最先進(jìn)的土木結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。在計算機(jī)技術(shù)方面,MIDAS/Civil所使用的是客體指向性計算機(jī)語言VisualC++,因此可以充分地使32bit視窗環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)得到發(fā)揮。以用戶為中心的輸入輸出功能使用的是精確而且直觀的用戶界面和尖端的電腦圖形技術(shù),從而為考慮施工階段或者材料時間依存性的土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,MIDAS/Civil全面強(qiáng)化了實(shí)際工作中結(jié)構(gòu)分析所需要的分析功能。通過在已有的有限元庫中加入索單元、鉤單元、間隙單元等非線性要素,結(jié)合施工階段、時間依存性、幾何非線性等最新結(jié)構(gòu)分析理論,從而計算出更加準(zhǔn)確的和切合實(shí)際的分析結(jié)果。建模技術(shù)采用的是自行開發(fā)的新概念CAD形式的建模技術(shù),可以更加提高建模效率。特別是由于擁有如橋梁建模助手等高效自動化建模功能,所以只要輸入截面形狀、橋梁特點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力橋的鋼束位置等基本數(shù)據(jù),就可以自動建立橋梁模型以與施工階段的各種數(shù)據(jù)。MIDAS/Civil的適用領(lǐng)域：所有形式的橋梁分析與設(shè)計,如：鋼筋混凝土橋、鋼橋、聯(lián)合梁橋、預(yù)應(yīng)力橋、懸索橋、斜X橋等；大體積混凝土的水化熱分析：橋臺、橋墩、防波堤、地鐵、其它基礎(chǔ)建筑等；地下建筑的分析：地鐵、通信電纜管道、上下水處理設(shè)施、隧道等；發(fā)電站與工業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計：發(fā)電站、鐵塔、壓力容器、水塔等；其它國家基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計：飛機(jī)場、大壩、港灣等。MIDAS/Civil主要是進(jìn)行線性分析,同時也可以進(jìn)行對只受拉單元、只受壓單元、P-Delta、大變形的幾何非線性分析。MIDAS/Civil的結(jié)構(gòu)分析軟件由基本的線性分析功能和非線性分析功能構(gòu)成,也包括在實(shí)際分析中所必要的很多功能。因此用MIDAS/Civil對塔基不均勻沉降對塔身的影響進(jìn)行分析是合理可行的。5.1鐵塔載荷高壓輸電鐵塔所承受的載荷大致可分為兩部分：第一部分是鐵塔自身產(chǎn)生的載荷,比如自重、風(fēng)載等；第二部分是導(dǎo)線對鐵塔的作用。導(dǎo)線對鐵塔的載荷作為節(jié)點(diǎn)集中載荷添加到鐵塔上,而由鐵塔自身產(chǎn)生的載荷是軟件自行完成。本文不討論導(dǎo)線載荷的計算,下面給出軟件中采用的鐵塔自重和風(fēng)載的計算方法。5.5.1自重計算目前鐵塔規(guī)模越來越大,其自重也隨著鐵塔的規(guī)模增加。因此,在計算過程中鐵塔自重的影響也必將受到關(guān)注。下面介紹鐵塔自重的計算方法：首先計算出鐵塔中每一根桿件的重力．然后將桿件的重力平均分配到桿件單元的兩個節(jié)點(diǎn)上．并將非計算節(jié)點(diǎn)的載荷分配到計算節(jié)點(diǎn)上。5.5.2風(fēng)載計算鐵塔在實(shí)際運(yùn)行過程中,風(fēng)載是主要載荷之一。假設(shè)基準(zhǔn)高度的風(fēng)速為V〔m/s〕,由文獻(xiàn)[35]可得基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值W0由下式確定：<5-1>當(dāng)風(fēng)向與鐵塔塔面相垂直時,鐵塔風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值Ws為<5-2>式中：Ws－鐵塔風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔kN〕；－風(fēng)壓高度變化系數(shù)；－從一構(gòu)件的體型系數(shù)；一鐵塔風(fēng)荷級調(diào)整系數(shù)；－構(gòu)件受風(fēng)壓投影面積計算值〔m2〕。式〔2-43〕計算出的載荷是在風(fēng)向與塔面相垂直時,當(dāng)風(fēng)向與塔面不相垂直時．假設(shè)風(fēng)向與塔面法線方向夾角為,那么鐵塔正面所受到的載荷為：〔5-3〕鐵塔側(cè)面所受到的載荷為〔5-4〕求出鐵塔每根桿件的風(fēng)載,然后分配到鐵塔的計算節(jié)點(diǎn)上,作為分布載荷作用在鐵塔上,分配過程如圖4所示。計算模型共劃分1331個單元,分2種荷載工況：工況1為自重恒載,工況2為塔基不均勻沉降。圖4風(fēng)載分配流程圖5.2計算結(jié)果分析塔身水平位移計算結(jié)果見圖5,塔身應(yīng)力組合計算結(jié)果見圖6。從圖5可以看出,塔身水平位移最大值為104cm,與實(shí)際觀測結(jié)果大致相符。從圖6塔身應(yīng)力組合計算結(jié)果可以看出,鐵塔基礎(chǔ)不均勻沉降引起的塔身應(yīng)力在500MPa左右,基本上沒有超過塔身材料強(qiáng)度。因此盡管塔基出現(xiàn)了不均勻沉降,但是輸電線路鐵塔的安全是有保證的,可以對傾斜鐵塔采取相關(guān)糾偏加固措施。圖5電塔塔身水平位移圖6電塔塔身應(yīng)力加固糾偏指導(dǎo)思想和原則參照以往糾偏加固工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),針對輸電線鐵塔制定如下加固糾偏指導(dǎo)思想和原則。6.1指導(dǎo)思想糾偏全過程中應(yīng)確保4塔腿底部始終在一個平面上；在不斷電的條件下實(shí)施糾偏全過程,鐵塔不用更換改建；原4個基礎(chǔ)盡量不受破壞,但它們的受力條件要發(fā)生改變；糾偏以頂升調(diào)平為主。6.2基本設(shè)計原則首先必須設(shè)置一個剛度、強(qiáng)度都大的樁頂平面框架梁,與原基礎(chǔ)連在一起〔方法是在原基礎(chǔ)上植筋〕。然后在框架梁上設(shè)錨桿靜壓樁孔,依次壓入250×250mm的方樁,使上部鐵塔荷載向框架梁和靜壓樁上轉(zhuǎn)移,實(shí)施靜壓樁加固托換；為達(dá)到使框架梁頂升調(diào)平的目的,各靜壓樁頂上要設(shè)置維持壓入荷載的裝置,進(jìn)行頂升作業(yè)；原基礎(chǔ)〔指Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ三個下沉基礎(chǔ)〕底部在頂升中所形成的空隙需用水泥漿灌滿；在糾偏完成后,上部鐵塔和導(dǎo)線荷載全部由平面框架梁和錨桿靜壓樁群承擔(dān)。加固糾偏方案簡介根據(jù)上述加固糾偏指導(dǎo)思想和基本原則,制定如下加固糾偏方案,即靜壓樁托換加固和頂升法糾偏相結(jié)合的糾偏加固方案,方案框圖見圖7。開挖整體加固用平面框架梁的基坑開挖整體加固用平面框架梁的基坑在1.0m深度X圍內(nèi)對4個基礎(chǔ)側(cè)面植筋綁扎平面框架梁鋼筋并澆筑混凝土〔預(yù)留錨桿孔〕壓入250×250mm樁并維持樁頂荷載通過頂升使框架梁回復(fù)水平位置向4個原基礎(chǔ)底面注漿〔水泥漿〕高強(qiáng)混凝土封樁頭圖7加固糾偏方案框圖加固糾偏方案設(shè)計計算7.1加固設(shè)計計算電塔糾偏加固方案計算過程,主要考慮4部分荷載：1〕原基礎(chǔ)自重；2〕新增頂升機(jī)構(gòu)自重；3〕電塔自重恒載和風(fēng)載；4〕頂升過程原基礎(chǔ)上覆土可能產(chǎn)生的阻力。前3部分荷載按相關(guān)規(guī)X計算,這里主要討論頂升過程原基礎(chǔ)上覆土可能產(chǎn)生的阻力的計算。根據(jù)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)上拔試驗(yàn)研究成果[2],上拔角約為17°~18°,上拔阻力與上拔位移有關(guān),為安全起見,采用土重法計算其極限阻力約為750。按照上述計算荷載,為滿足電塔加固糾偏要求,共需設(shè)置20根錨桿靜壓樁托換,頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置見圖8。由圖5、圖6鐵塔基礎(chǔ)不均勻沉降對塔身變形和應(yīng)力分析結(jié)果可以看出,鐵塔基礎(chǔ)不均勻沉降引起的塔身應(yīng)力在500MPa左右,基本上沒有超過塔身材料強(qiáng)度。有限元分析表明,在糾偏過程中基礎(chǔ)不均勻沉降逐漸得到消除,由于基礎(chǔ)不均勻沉降引起的塔身次應(yīng)力逐步減小,塔身將越來越安全,但是為以防萬一糾偏過程對應(yīng)力較大的塔身構(gòu)件需進(jìn)行必要的加固。圖8頂升機(jī)構(gòu)平面圖7.2電塔糾偏過程數(shù)值模擬由于電塔屬高聳結(jié)構(gòu),電塔的塔身材料的應(yīng)力應(yīng)變狀況是糾偏過程應(yīng)十分關(guān)注的。本文采用大型有限元軟件Midas/civil建立輸電線路鐵塔計算模型,分析糾偏過程對塔身材料的影響,在此基礎(chǔ)上對糾偏過程電塔健康狀況作出合理的評價,這是傾斜電塔在糾偏過程中是否安全的基礎(chǔ)。MIDAS/Civil是基于對預(yù)應(yīng)力箱型橋、懸索橋、斜X橋、水化熱分析等土木建筑的分析中所需要的各種功能進(jìn)行綜合考慮而開發(fā)的最先進(jìn)的土木結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。在計算機(jī)技術(shù)方面,MIDAS/Civil所使用的是客體指向性計算機(jī)語言VisualC++,因此可以充分地使32bit視窗環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)得到發(fā)揮。以用戶為中心的輸入輸出功能使用的是精確而且直觀的用戶界面和尖端的電腦圖形技術(shù),從而為考慮施工階段或者材料時間依存性的土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,MIDAS/Civil全面強(qiáng)化了實(shí)際工作中結(jié)構(gòu)分析所需要的分析功能。通過在已有的有限元庫中加入索單元、鉤單元、間隙單元等非線性要素,結(jié)合施工階段、時間依存性、幾何非線性等最新結(jié)構(gòu)分析理論,從而計算出更加準(zhǔn)確的和切合實(shí)際的分析結(jié)果。建模技術(shù)采用的是自行開發(fā)的新概念CAD形式的建模技術(shù),可以更加提高建模效率。特別是由于擁有如橋梁建模助手等高效自動化建模功能,所以只要輸入截面形狀、橋梁特點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力橋的鋼束位置等基本數(shù)據(jù),就可以自動建立橋梁模型以與施工階段的各種數(shù)據(jù)。MIDAS/Civil的適用領(lǐng)域：所有形式的橋梁分析與設(shè)計,如：鋼筋混凝土橋、鋼橋、聯(lián)合梁橋、預(yù)應(yīng)力橋、懸索橋、斜X橋等；大體積混凝土的水化熱分析：橋臺、橋墩、防波堤、地鐵、其它基礎(chǔ)建筑等；地下建筑的分析：地鐵、通信電纜管道、上下水處理設(shè)施、隧道等；發(fā)電站與工業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計：發(fā)電站、鐵塔、壓力容器、水塔等；其它國家基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計：飛機(jī)場、大壩、港灣等。MIDAS/Civil主要是進(jìn)行線性分析,同時也可以進(jìn)行對只受拉單元、只受壓單元、P-Delta、大變形的幾何非線性分析。MIDAS/Civil的結(jié)構(gòu)分析軟件由基本的線性分析功能和非線性分析功能構(gòu)成,也包括在實(shí)際分析中所必要的很多功能。因此用MIDAS/Civil分析糾偏過程對塔身的影響是合理可行的。當(dāng)塔身已經(jīng)存在2cm的沉降的情況下,對其進(jìn)行頂升糾偏計算。計算模型共劃分1331個單元,。頂升后塔身水平位移計算結(jié)果見圖9,塔身應(yīng)力組合計算結(jié)果見圖10。圖9可以看出,經(jīng)過頂升后塔身水平位移最大值改變了24.5cm。圖10可以看出,塔身應(yīng)力在150MPa左右。經(jīng)過頂升糾偏后塔身的應(yīng)力分布更加均勻合理。圖9頂升后電塔塔身水平位移圖10頂升后電塔塔身應(yīng)力加固糾偏信息化施工控制技術(shù)8.1電塔加固糾偏施工簡介原位設(shè)置平面框架梁,確保糾偏全過程中4塔腿底部始終在一個平面上,減小塔腳次應(yīng)力,框架梁尺寸2000×1000mm；框架梁初始狀態(tài)設(shè)置為非水平的,是南低北高的,糾偏復(fù)位后方使框架梁恢復(fù)到原來的水平位置。目前各獨(dú)立小基礎(chǔ)頂部1m×1m墩基頂南北兩個端點(diǎn)間高差達(dá)20mm,與整個塔身的傾斜率基本一致。因此框架梁的初始頂面可設(shè)置為與現(xiàn)在有4個1m×1m墩基頂面齊平。糾傾到位時,所有原有基礎(chǔ)和新增框架梁全部處于水平位置。在新建基礎(chǔ)預(yù)留錨桿靜壓樁孔,進(jìn)行地基錨桿靜壓樁加固托換；錨桿靜壓樁的壓樁力應(yīng)以滿足能將剛性框架抬升調(diào)平至完全水平位置的需要,同時不能大于500KN〔樁的尺寸為250×250mm方樁〕,以保證樁身強(qiáng)度不被破壞。因此,樁群的施工流程必須采取信息化施工原則———即輪流微調(diào)的操作型式,不能操之過急。若能考慮到樁數(shù)可能不足,難以糾偏到位這一非常規(guī)因素,則宜在框架梁南側(cè)多留兩個壓樁孔,以供萬一需補(bǔ)樁用。采用頂升法對Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ三個下沉基礎(chǔ)進(jìn)行糾偏,使塔腳回復(fù)在一個水平面上。為了整個糾傾工程始終保持絕對安全的狀態(tài),原有基礎(chǔ)必須與框架梁同步頂升移動,不受破壞或削弱。基底下產(chǎn)生的空隙必須用灌漿方法填補(bǔ)。頂升機(jī)構(gòu)的設(shè)計可以用液壓式千斤頂,置放在已壓入的錨桿靜壓樁頂部中心位置,在框架梁頂面該樁樁位處設(shè)置帶傳感器的荷載維持裝置,20個樁位靜壓樁必須先行壓入孔內(nèi)到位。然后在維持荷載階段,用帶傳感器的荷載維持裝置塞到反力架空擋內(nèi)。抽出液壓式千斤頂。荷載轉(zhuǎn)移到荷載維持裝上去。糾偏到位后,直接將微膨脹細(xì)粒砼灌入樁孔的內(nèi)腔。7～8天凝固后,即可拆除加荷框架,材料回收,4根錨桿可交叉焊上∏形鋼筋,然后澆上高強(qiáng)砼。糾偏加固實(shí)施前,宜對電塔塔身先行加固,同時加固糾偏過程應(yīng)采用信息化施工,以確保糾偏過程電塔塔身絕對安全。電塔糾偏加固施工過程見鑒定資料之五。圖11為現(xiàn)場監(jiān)測圖片圖11頂升糾偏施工塔身變形和塔材應(yīng)力監(jiān)測8.2電塔加固糾偏施工信息化控制技術(shù)由于巖土材料性質(zhì)極其復(fù)雜,且一般具有很強(qiáng)的不確定性,目前還沒有一種為人們所公認(rèn)的、能全面準(zhǔn)確反映土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)模型；其次土體的參數(shù)選取受到取樣的實(shí)驗(yàn)手段的限制；此外巖土工程復(fù)雜的邊界條件和施工過程的諸多因素嚴(yán)重土體的力學(xué)響應(yīng)。所以巖土工程研究方法除了理論計算、經(jīng)驗(yàn)類比外,還必須求助于施工過程中實(shí)時跟蹤觀測和反饋決策,有時后者可能是決定一切的研究手段,隨著巖土工程規(guī)模的擴(kuò)大和困難度的增加,它的作用將愈來愈顯得重要,于是巖土工程計算機(jī)智能施工控制系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。智能施工控制就是在軟土變形機(jī)理研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演預(yù)測控制和計算機(jī)可視化技術(shù)等基礎(chǔ)上提出的一種動態(tài)施工思想,其機(jī)理是將軟土工程實(shí)體視作研究對象,通過傳感器測試獲得軟土在各個施工階段的力學(xué)響應(yīng),如應(yīng)力、位移等等,并進(jìn)行計算機(jī)自動數(shù)據(jù)采集,在此基礎(chǔ)上應(yīng)用數(shù)學(xué)分析手段建立研究對象的預(yù)測控制數(shù)學(xué)模型,通過預(yù)測控制數(shù)學(xué)模型優(yōu)化反演分析有關(guān)參數(shù),根據(jù)優(yōu)化反演分析得到的影響參數(shù)進(jìn)行下一步施工有關(guān)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測,然后采用計算機(jī)可視化技術(shù)將預(yù)測、實(shí)測結(jié)果進(jìn)行動態(tài)顯示,以便與時正確把握施工過程直觀生動的各類現(xiàn)象或險情,為施工方案調(diào)整提供依據(jù)。當(dāng)預(yù)測出現(xiàn)險情時則以事先預(yù)備的工程措施將施工中有風(fēng)險的發(fā)展趨勢制止在萌芽狀態(tài),使施工始終處于可控制的理想狀態(tài),減少施工盲目性,提高工程安全度。巖土工程問題具有很強(qiáng)的不確定性,傳統(tǒng)土體有限元模型難于全面準(zhǔn)確反映土體的變形特性,因此在巖土工程引入不確定理論方法是今后重要的發(fā)展方向。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的非線性映射和良好的模式辯識能力,幾乎可以模擬各種復(fù)雜的非線性系統(tǒng),是不確定問題研究的重要工具。它無須知道變形與參數(shù)的確切關(guān)系,而只要具備可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù),便可通過合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行土體的反演預(yù)測分析,能更好地反應(yīng)巖土工程實(shí)際。目前已出現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型很多,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的樣本訓(xùn)練方法也不少,傾斜建筑物糾偏加固計算機(jī)智能施工控制系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將采用工程中應(yīng)用最多的BP模型〔BackPropagationNeuralNetwork〕。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,使人們對巖土工程復(fù)雜系統(tǒng)的處理有了一條新途徑,對巖土