由于输电线路多建于自然条件恶劣的地区，施工与材料运输都比较困难，为了解决目前基础中存在的施工难度大效率低等问题^[1-2]，本文提出一种重量轻、安装方便的新型装配式基础.

抗拔性能是输电线路基础最重要的性能指标之一，国内学者对输电线路基础在上拔荷载作用下已开展较多研究：文献[3-5]通过试验研究为沙漠地区输电线路杆塔基础的工程设计提供了依据；文献[6-7]对基础分别进行抗拔试验和上拔水平力组合试验，得出水平荷载会降低基础的抗拔性能，但是对偏心基础同时施加上拔和水平力组合荷载，基础极限抗拔承载力能得到一定的提高^[8-9]，偏心基础能显著削弱水平力作用的不利影响，使底板受力更加合理；文献[10]发现基础埋深H与桩径D之比对极限抗拔承载力有重要影响；文献[11]得到装配式基础底板的经验布置方法；文献[12-13]分别对上拔力作用下基础主材强度变化和上拔扩散角的取值进行研究.上述研究已形成了DLT 5219—2014《架空输电线路基础设计技术规程》^[14].

本文提出的新型装配式偏心基础，与现有的装配式基础存在下列区别：1)装配式基础回填土很难与外部的土质量一致；2)本类型基础本身属于偏心型式；3)需要考虑单个构件在上拔工况下的受力性能.因此本类型基础按照规范中的方法计算需要进行验证.

1 理论分析和有限元分析

本文研究的新型基础见图 1(规定基础偏心布置方向为主视图，对称布置方向为侧视图).

1.1 理论分析

根据文献[14]，选用适合回填土基础的土重法，计算公式为

$ {\gamma _{\rm{f}}}{T_{\rm{E}}} \le {\gamma _{\rm{E}}}{\gamma _{\rm{s}}}{\gamma _{\theta 1}}\left( {{V_{\rm{t}}} - \Delta {V_{\rm{t}}} - {V_0}} \right) + {G_{\rm{f}}}, $

(1)

式中：T_E为基础上拔力设计值，kN；V_t为h_t深度内土和基础的体积，m³；ΔV_t为相邻基础影响的微体积，m³；V₀为深度内的基础体积，m³；G_f为基础自重，kN；h_t为基础的上拔埋置深度，m.其他参数见文献[14].土重法计算简图见图 2.

1.2 有限元分析

采用ABAQUS/CAE建立试验基础模型，整个基础包括3个部分：上部立柱、中间梁构件和底板.各部件均采用实体单元，模型材料为钢材，钢材密度为7 850 kg/m³，弹性模量为2.09×10⁵ MPa，泊松比为0.33，定义截面属性为实体截面属性.钢管始终处于弹性变形范围，故做弹性分析；截面特性：均质的、各项同性；基础底板完全固定，构件与构件之间固接且接触面间无摩擦；基础顶面中心受一斜向荷载，最大荷载为150 kN，与水平方向夹角为78°(取78°是因为研究与实际工程相关，工程中加载角度即为78°；力的投影沿着偏心方向)，见图 3；采用六面体网格.构件内力有限元模拟结果云图见图 4.

2 试验研究

为了验证新型基础是否可以按照现行设计规程计算以及有限元模拟结果是否正确，设计一个比例尺为1:2室内缩尺模型试验^[15].

2.1 试验概况 2.1.1 试验场地条件

所采用回填土物理参数见表 1.

2.1.2 试件设计

试验基础主要技术参数见表 2.

试验构件设计：本试验用钢管模拟混凝土梁，确保轮廓尺寸一致，钢管与钢管之间采用焊接连接，钢管为Q235钢材.基础的拼装示意见图 5.试验构件参数见表 3.

在上拔试验中，基础顶面同时受到上拔力和水平力，并且这两个力成比例的变化，所以在本次试验中直接将上拔力和水平力计算出一个合力加载在基础顶端，与水平方向夹角为78°，现场施工和实际加载见图 6、7.在回填土的过程中为了保证回填质量，采用分层回填夯实的方法.

2.1.3 试验测点布置

为得出装配式基础上拔受力的传力规律，在试验基础节点和构件跨中布置应变片，应变片布置位置见图 8.

2.1.4 加载系统与加载方案

试验系统主要由试验槽土体和试验加载系统两部分组成，试验加载示意见图 9.试验加载系统由反力梁、液压千斤顶、连接螺栓和连接板等组成.使用的装置为实验室配备的油压千斤顶.在上拔试验基础的顶部焊上铰接点，通过与反力梁和千斤顶相连的支座来形成斜向加载的角度，试验加载通过油泵给千斤顶供油分级加载实现.

根据式(1)计算模型基础的抗拔承载力：V_t=7.2 m³，ΔV_t=0, V₀=0.55 m³, G_f=0.623 kN，式中系数按文献[14]取用，经计算T_E=135.3 kN，实际加载荷载为138.3 kN时，竖直方向分力为135.3 kN.

试验采取分级荷载加载方案：每级荷载为10 kN，直到试验构件的钢管发生破坏或者达到预计承载力的下一级荷载时停止加载，本次实验的预计承载力为138.3 kN.在加载过程中，每级荷载加载完毕后保持，进行应变记录，直到加载结束.卸载时保持一定的速度均匀卸载.当符合下列情况之一时，可终止加载：1)当某级荷载作用下，上拔变形量陡增或变形无法停止造成加载困难；2)支座在某级荷载作用下，变形量超过25 mm时；3)当位移量超过试验基础规定的极限位移量时.卸载时每级差值与加载时相同，每个卸载级下恒载20 min.

在加载过程中，应变片的数值采用自动采集系统实行连续采集至试验结束.试验中通过荷载和位移测试系统实现自动加载、补载、恒载及数据记录.

2.2 试验结果与分析 2.2.1 基础极限上拔承载力

由文献[14]中的土重法公式，计算得出本模型的上拔极限承载力为138.3 kN，但试验过程中竖向力和水平力的合力加载到150 kN基础也未发生上拔破坏，说明基础设计时埋深比较富余而且基础中间的回填土密实度较高，并没有对上拔稳定造成很大影响.土重法对本基础依旧适用，但遇到水平力较大、回填土土质较差或者回填土密实度很难达到要求时要考虑折减.

2.2.2 基础节点上拔传力

节点传力通过基础上各测点的应变片测得，但由于基础节点受力复杂，试验时应变片粘贴方向存在问题且应变片数量较少，所得结果不稳定，故通过有限元模拟得到基础节点上拔传力的规律.通过图 10(a)和(b)可知，右侧节点(图 8(a)中右侧)力大于左侧节点，这是由于在水平力的作用下，右侧节点受拉，左侧节点受压，竖向力对右侧节点的作用与水平力的作用叠加，对左侧节点的作用与水平力抵消一部分，所以右侧节点力大于左侧节点力.

通过有限元分析可知，垂直于水平力方向的构件其两侧节点力相等，但与水平力平行的构件，其两端的节点力相差较大，如图 10(c)所示，但是由图 10(c)和(d)可以看出构件两侧节点力越向下传递差距越小，即基础节点的力越向下传递越趋于均匀，这与设计偏心基础的想要达到基础底面受力趋于均匀的要求一致.

2.2.3 单个构件上拔受力分析

单个构件简化为简支梁计算，在有限元计算结果中提取模型中的3/4/5三根构件的弯矩与简化计算结果和试验结果对比，计算结果见表 4.

根据表 4可知简化的理论计算结果较为保守，但与有限元模拟结果和试验结果均相差不大，故将构件简化为简支梁计算的方法可行.

3 结论

1) 在上拔力的作用下，随着埋深逐渐变深，节点力趋于均匀.

2) 现行规程中的土重法对本新型基础的整体上拔稳定承载力依旧适用，但回填土土质较差或者回填土密实度很难达到要求时要根据回填土实际密实度考虑折减.

3) 将单个构件的简化计算结果与试验数据和有限元模拟的结果对比发现，数据偏差不大，简化计算设计方法稍显保守，可以采用.