如何優(yōu)化設(shè)計(jì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型

馮忠孝

摘 要：我國(guó)輸電線路建設(shè)的升級(jí)增加了高壓鐵塔的承重荷載，從而影響了鐵塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性。鐵塔基礎(chǔ)一般易受滑坡、水文地質(zhì)等非人為因素及施工工藝不良、設(shè)計(jì)方案欠合理等人為因素的影響，即可能造成鐵塔基礎(chǔ)沉降、位移或變形，甚至引起鐵塔倒塌。輸電線路工程中的人力消耗、材料、進(jìn)度和造價(jià)等的占比較大。據(jù)此，在高壓輸電線路鐵塔基礎(chǔ)工程中，應(yīng)針對(duì)不同的影響因素，選取相應(yīng)的鐵塔基礎(chǔ)型式。分別針對(duì)在軟土地基與巖石地基環(huán)境下，高壓輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì) 輸電線路 鐵塔基礎(chǔ) 選型

導(dǎo)言

鐵塔作為電力傳輸中作為重要的支撐設(shè)施承載著整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，尤其是隨著近些年電力網(wǎng)絡(luò)線路的升級(jí)改造，線路重力負(fù)載有了很大程度的上升，這會(huì)對(duì)鐵塔的基礎(chǔ)造成非常大的負(fù)載壓力，對(duì)于基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)是非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。另外，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)常常會(huì)受到所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境情況、氣候條件、施工方案等方面的影響，比較容易出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉、基礎(chǔ)偏移甚至坍塌的情況，從而引發(fā)電力網(wǎng)絡(luò)的崩潰問(wèn)題。所以對(duì)于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，不管是在選型還是在設(shè)計(jì)以及施工方面都要按照所在地的實(shí)際情況選擇合適的方案，保證基礎(chǔ)可以承載輸電線路的載荷，從而確保電力傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。

1、鐵塔基礎(chǔ)選型

1.1 混凝土臺(tái)階式基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)底板的臺(tái)階高寬比不小于1.0，基礎(chǔ)底板內(nèi)不配置受力鋼筋，是國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式之一。其特點(diǎn)是混凝土耗量較大，因只需立柱配筋而臺(tái)階不配筋，鋼材耗量較??；鐵塔采用塔腳板與其預(yù)埋的地腳螺栓相連，容易校正；施工方便、工期較短。

1.2 鋼筋混凝土板式基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)立柱和底板內(nèi)均配置受力鋼筋，其底板的臺(tái)階寬高比不小于1.0（≤2.5），是國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式之一。其底板較寬，柔性較強(qiáng)，自重較輕，混凝土耗量較小，能極大的減小砂、石、水泥及水的運(yùn)輸量。對(duì)山區(qū)、煤礦采空區(qū)的大直線塔、轉(zhuǎn)角塔尤其有利。因立柱和臺(tái)階均需配筋，所以鋼材耗量較大。

1.3 斜柱板式基礎(chǔ)

這種基礎(chǔ)形式是國(guó)內(nèi)外通用的基礎(chǔ)形式之一，該基礎(chǔ)的主要特點(diǎn)是：基礎(chǔ)立柱坡度與塔腿主材坡度一致，塔腿主材角鋼直接插入底板，可減少基礎(chǔ)柱頂水平力，降低立柱正截面強(qiáng)度，縮小立柱斷面或配筋。底板雙向配筋，底板較薄，臺(tái)階寬高比可擴(kuò)大至2.5，底板面積較大，適宜基礎(chǔ)淺埋和加大上拔土體而增加基礎(chǔ)抗拔能力。

1.4 巖石嵌固式基礎(chǔ)

嵌固式巖石基礎(chǔ)適用于巖石范圍較廣，強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化及不能做直錨式巖石基礎(chǔ)的巖體地段，嵌固式巖石基礎(chǔ)可減少巖石的開(kāi)挖量，不需運(yùn)土回填，省去了模板，同時(shí)有利于保護(hù)植被環(huán)境。

1.5 掏挖基礎(chǔ)

底板同樣位于掏挖成型的土胎內(nèi)，可充分發(fā)揮原狀土承載性能。掏挖的底板基坑不用支模、無(wú)須回填，減少了施工模板的運(yùn)輸和施工難度；從環(huán)境上減少了開(kāi)方和棄土對(duì)地表植被的破壞和污染，有利于防止水土流失，最大限度地保護(hù)山體不被破壞，但掏挖基礎(chǔ)易受地質(zhì)、水文等諸多因素影響，在使用上受到一定程度的限制。

1.6 高低腿與高低立柱基礎(chǔ)配合使用

以往工程為取得塔基平面和保證塔位穩(wěn)定，山丘大部分地區(qū)塔位基面均采取降基面處理。按傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，視土質(zhì)穩(wěn)定情況按基礎(chǔ)上拔土體外邊緣要留有1.0m～3.5m甚至更大的安全余度。

1.7 一般地段鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)距離的輸電線路雖然決定了鐵塔地基的復(fù)雜多樣性，但是大多數(shù)鐵塔使用的是普通基礎(chǔ)，適用于一般地段，此時(shí)可選擇的基礎(chǔ)類型比較多。主要使用的是掏挖類基礎(chǔ)和大開(kāi)挖基礎(chǔ)。在地質(zhì)允許的條件下，一般采用掏挖類基礎(chǔ)，可充分利用巖土的受力特性。地質(zhì)不允許的時(shí)候則采用大開(kāi)挖基礎(chǔ)。

掏挖類基礎(chǔ)分為全掏挖和半掏挖兩種型式。半掏挖基礎(chǔ)多用于地表土不易成形的時(shí)候。這兩種基礎(chǔ)的共同點(diǎn)就是都充分的利用了當(dāng)?shù)卦瓲钔恋牧W(xué)性能，以提高基礎(chǔ)抗壓和抗傾覆承載能力，具有土方量小，用鋼量少，便于施工，節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)。大開(kāi)挖基礎(chǔ)：此種基礎(chǔ)形式多樣，用法也各不相同。按基礎(chǔ)中心與塔腿的關(guān)系可分為軸心基礎(chǔ)（基礎(chǔ)中心在塔腿的垂直線上）和偏心基礎(chǔ)（基礎(chǔ)中心在塔腿主材的延長(zhǎng)線上）；按基礎(chǔ)本體受力狀態(tài)可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)；按基礎(chǔ)主柱的形態(tài)又可分為直柱基礎(chǔ)和斜柱基礎(chǔ)。從大開(kāi)挖基礎(chǔ)的分類方法可以看出：①受力方面，偏心基礎(chǔ)的中心在塔腿的延長(zhǎng)線上，使得基底的邊緣應(yīng)力下降，基礎(chǔ)的受力減小，從而減小了基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)尺寸，減少了材料的使用，直接降低了工程的造價(jià)，所以偏心基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)比軸心基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)更為合理。②經(jīng)濟(jì)效益方面，斜柱柔性基礎(chǔ)最好，直柱剛性基礎(chǔ)次之。但當(dāng)線路經(jīng)過(guò)的路段存在地下水時(shí)，斜插式剛性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要優(yōu)于斜插式柔性基礎(chǔ)。③斜柱在設(shè)計(jì)上使得柱的坡度和塔腿主體部分的坡度基本一致，減小了主柱正截面上的彎矩，可以減少主柱的截面尺寸和配筋，從而達(dá)到節(jié)省材料的目的，所以，正常情況下斜柱柔性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)比直柱柔性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)更為合理。

2、巖石地基環(huán)境下鐵塔基礎(chǔ)的選型設(shè)計(jì)

2.1 巖石錨樁基礎(chǔ)

此種基礎(chǔ)形式主要應(yīng)用在表層裸露、具有比較小的風(fēng)化情況并且質(zhì)地比較硬的巖石之上。實(shí)際操作過(guò)程中，首先要采用沖擊鉆進(jìn)行巖石表面的鉆孔，在鉆孔的同時(shí)要向上提取，防止鉆出的粉塵落入鉆好的孔內(nèi)。之后再鉆好的孔內(nèi)打入地腳螺栓。螺栓采用240×240的鋼筋骨架進(jìn)行支撐，并且將混凝土砂漿注入其中，保證將地腳螺栓牢固的固定在巖石孔內(nèi)，最后要在頂部位置澆筑鐵塔平臺(tái)，用于進(jìn)行鐵塔的搭設(shè)。

一般情況下，可以按照巖石錨樁基礎(chǔ)能夠承受的載荷情況將基礎(chǔ)分為兩種形式，分別為：群錨式、直錨式。在群錨式基礎(chǔ)當(dāng)中，需要將多根地腳螺栓埋入到巖石當(dāng)中，從而得到比較高強(qiáng)度的支撐力。此種基礎(chǔ)主要用在具有較大基礎(chǔ)負(fù)荷的鐵塔之上，例如終端塔、轉(zhuǎn)角塔等方面；直錨式基礎(chǔ)的形式是在基礎(chǔ)的中心線位置埋入兩種或者4根地腳螺栓，此種方式基礎(chǔ)主要用在負(fù)載比較小的鐵塔上。

2.2 巖石嵌固基礎(chǔ)

此種形式的基礎(chǔ)主要用在風(fēng)化程度比較大、比較容易開(kāi)挖的軟質(zhì)巖石之上，能夠最大程度上利用巖石所具有的剪切力，有效提升鐵塔基礎(chǔ)的抗拔承載能力。此種基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案可以按照如下順序進(jìn)行：①進(jìn)行基坑的挖鑿?；又饕峭ㄟ^(guò)少量的炸藥定向爆破之后再通過(guò)人工的方式進(jìn)行挖鑿。為了提升基礎(chǔ)所具有的穩(wěn)定性，一般情況下將基坑設(shè)計(jì)成倒“Y”的形狀；②進(jìn)行鋼筋立柱的搭設(shè)，并且澆筑混凝土，同時(shí)要采用振搗器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗直到混凝土不出現(xiàn)較為明顯的下降。由于“Y”型巖石嵌固基礎(chǔ)的土石方用量和混凝土用量都比較少，所以所消耗的工程造價(jià)相對(duì)較低，同時(shí)其具有較高的基礎(chǔ)抗拔能力，此種基礎(chǔ)主要被應(yīng)用到巖石地質(zhì)區(qū)域內(nèi)鐵塔基礎(chǔ)的建設(shè)當(dāng)中。

結(jié)束語(yǔ)

為確保傳輸線的可靠運(yùn)行，應(yīng)結(jié)合塔臺(tái)的基本設(shè)計(jì)，結(jié)合塔臺(tái)的選擇設(shè)計(jì)。本文根據(jù)高壓輸電線路的影響因素鐵路基礎(chǔ)選型、聯(lián)合類型的基礎(chǔ)上，分析了環(huán)境，軟土地基中的應(yīng)用，然后簡(jiǎn)要介紹了Y在內(nèi)置類型的巖石基礎(chǔ)的環(huán)境中，應(yīng)用程序的關(guān)注無(wú)論什么類型，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先沿著地質(zhì)調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析和塔基礎(chǔ)的應(yīng)力特征，然后采用相關(guān)函數(shù)來(lái)優(yōu)化其設(shè)計(jì)參數(shù)，以保證塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定的輸電線路安全運(yùn)行水平。

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