偏心掏挖基础水平受荷的力学分析

于海涛 徐强胜 李禹衡

（1.吉林化工学院 吉林省吉林 132022 2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 辽宁沈阳 110015）

1 偏心掏挖基础概述

掏挖基础，指的是用钢筋骨架及混凝土灌注在人工或机械掏挖成的土胎内所形成的基础，该基础类型使用的时间较长，对原状土的特性充分利用，抗拔能力较强。现阶段，诸多工程基础处理中，偏心掏挖方式应用较多，尤其以输电线路工程见着居多。偏心掏挖基础具有挖方量小、开挖面小的特点，对原状土承载力充分利用，符合工程经济性需求。本文主要针对偏心掏挖基础水平荷载问题进行研究，从力学角度分析提高水平受荷能力的计算方法，确保输电工程基础处理质量的提升。

偏心掏挖基础在输电线路工程中的应用比较普遍，具有较好的社会效益与经济效益。本文主要通过对偏心掏挖基础计算方法进行研究，为优化偏心掏挖基础设计提供依据。

2 建立计算模型

本文在掏挖基础计算模型建立中，参考《架空输电线路基础设计技术规定》中对刚性基柱的定义，为简化算法，考虑侧向原状土抗力时的圆柱形刚性基础，具体参数如下：上部直径d0、基础埋深h、下部扩底直径D；建立坐标系，其中Y方向为水平方向，Z方向为垂直方向，如图1所示。

图1 偏心掏挖基础计算模型

3 力学分析

通过对基础荷载进行分析，基础主要受以下荷载：基础顶面竖向作用力T、水平力H、弯矩M0、偏心距e及基底土抗力、土体侧向抗力、基础与土间粘结力、摩擦力。本文在对偏心掏挖基础进行力学分析中采用地基反力系数法，对基础在土体中的固着作用进行考虑，不考虑基础与土间的粘结力与摩擦力。在竖向荷载与水平荷载作用下，基础会发生刚性转动，转动中心用A表示，转角为ω，转动中心在地面下深度为ZA。如果基础土质比较均匀，竖向与水平地基反力系数的比例系数值相同。随着深度的增加，地基反力系数也呈线性增长时，《架空输电线路基础设计技术规定》中规定刚性基柱计算按照α·l≤2.5作为依据，其中l表示基础长度，α表示桩-土变形系数，并且在此时，相对于土体而言，基础刚度非常大。

图1中，深度z处：

水平位移为

水平土体抗力为

根据地面O点力矩平衡与水平力平衡可知：

所得到的（5）式即为偏心掏挖基础计算公式，该公式中包含了下压力或上拔力T、偏心距e，如果上拔力或下压力保持恒定，则偏心距的不同，所计算得到的转动中心A在地面下的深度及转角也不同，根据计算得到的ω与ZA，对作用在基础底面的基底最大弯矩及最大土抗力可进一步计算得出。

4 结论

在对基础进行偏心处理以后，通过计算显示，基础旋转角随着偏心距的增大而减小，旋转中心如果下移，则基础顶部的位移会减少，这样就提高了偏心掏挖基础的抗倾覆能力，对更大的基础水平力能够更好的承受；对于竖向力来说，通过偏心处理后，使基底最大弯矩及最大土抗力都降低，因此基础对地基承载力的要求降低，掏挖基础的应用范围拓宽，在基础设计时经济效益也得以实现。需要注意的是，偏心距并非可以无限增大，其具有最大值，主要原因是受基底主柱直径及施工条件等因素的影响。

[1]崔强，鲁先龙，冯自霞.水平荷载作用下加翼掏挖基础承载特性研究[J].地下空间与工程学报，2011，7（03）：457～463.

[2]曾二贤，冯衡，胡星，等.输电线路掏挖基础的孔壁稳定性分析及判别[J].电力建设，2010，31（08）：17～20.

[3]郝冬雪，张永建，陈榕，等.输电线路掏挖基础极限上拔承载力变分解法[J].岩土力学，2015，36（01）：163～170.

[4]丁士君，王虎长，胡建明，等.带翼板掏挖基础转动中心位置的分析[J].电网与水力发电进展，2007，23（04）：40～42.

[5]杜国良，郑卫锋，刘伟.带翼板挖孔桩基础在陡峭山区的应用研究[J].中国电力企业联合会科技开发服务中心：2013，15（03）：111～113.