電力工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中容易出現(xiàn)的問題及應(yīng)對

柳文旭 沈陽電能建設(shè)集團有限公司聯(lián)發(fā)設(shè)計分公司

在電網(wǎng)工程建設(shè)腳步持續(xù)推進的背景下，輸電塔得到廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用前景一片大好，從初期以木材為主要材料的輸電桿，逐漸發(fā)展至鋼筋水泥桿，目前是以鋼材為主導(dǎo)材料的輸電塔。為迎合全國聯(lián)網(wǎng)及電網(wǎng)特高壓升級改造的實際要求，輸電鐵塔上的荷載不斷增加，對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計水平提出更高要求。在高壓電路建設(shè)中，多種因素會影響其施工質(zhì)量，故而一定要結(jié)合實況對鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計方案作出調(diào)整、優(yōu)化，以從根本上保證輸電線路工程的建設(shè)質(zhì)量。

一、輸電線路鐵塔構(gòu)造設(shè)計研究的概述

現(xiàn)如今，在工農(nóng)等多個產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展需求的驅(qū)動下，電能需求量持續(xù)增長、容量拓展、電源地點零散、輸電距離延長，鐵塔憑借自身持有的諸多優(yōu)勢逐漸演變成輸電線路的首選桿塔類型。英、美、日等國家均不斷增加對鐵塔結(jié)構(gòu)的升級改造力度，重視新材料、新工藝技術(shù)的開發(fā)與使用。有資料記載，在日本，20 世紀90 年底初期就建設(shè)了60kV 的長距離輸電線路，1960 年首條500kV 線路開始建設(shè)，建設(shè)早期以270kV 電壓等級運行，歷經(jīng)13 年后電壓等級上升至500kV。后續(xù)的很多年間，各大電力公司均以500kV 線路為基礎(chǔ)建設(shè)聯(lián)絡(luò)干線。當下，日本正積極建設(shè)電壓等級為1000kV 的特高壓輸電線路。

在中華人民共和國成立初期積極投身于鐵塔構(gòu)造的設(shè)計工作進程中，以借鑒前蘇聯(lián)模式為主，在分析我國地理及氣候條件特征的基礎(chǔ)上，對其強度作出校對、審核，結(jié)構(gòu)設(shè)計改造只停留在對初有鐵塔局部整改的層面上。自20 世紀60 年代起，便開始加強自主設(shè)計，逐漸建造出35～500kV 鐵塔項目。20 世紀70 年代中期，在國家相關(guān)政策體制的引領(lǐng)下，國民經(jīng)濟的發(fā)展態(tài)勢有很大改觀，隨之而來的是對電力資源的需求量快速增長，我國推動了500kV 輸電線路的設(shè)計、試驗檢測及施工建設(shè)工程，完成了首批500kV 輸電工程結(jié)構(gòu)本體設(shè)計的壯舉，但是因為技術(shù)經(jīng)驗匱乏，以致設(shè)計產(chǎn)品和外國同類工程相比較，材料耗損量增加30%左右。1984 年84 型酒杯塔實驗研究成功，標志著我國設(shè)計人員終于沖破了傳統(tǒng)模式的約束。在而后的短短數(shù)年間，由東北、華北電力設(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的酒杯型直線塔已經(jīng)抵達了國際先進指標，ZVX 拉V 塔、LV87 拉V塔陸續(xù)被開發(fā)，我國在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中做出的突破、取得的成績均是舉世矚目的，預(yù)示著國內(nèi)500kV 輸電設(shè)計效果和世界先進水平兩者的間距不斷減縮。

二、鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

（一）優(yōu)化塔身斜材布設(shè)形式

在設(shè)計計算時間中，應(yīng)做好斜材樣式的優(yōu)化工作。既往，“正K 型”“倒K 型”“交叉式”等斜材設(shè)計期間常用的布設(shè)形式，單純采用交叉布置法很可能會增加斜材承受的壓力，若能聯(lián)合使用幾種布設(shè)形式，則通常能較好的減少或規(guī)避同時受壓情況，使斜材受力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓑合到y(tǒng)，合理使用該系統(tǒng)的受力特性，有益于減少斜材的規(guī)則，進而降低整個鐵塔的重量。塔身主材分段長、輔助材布的布設(shè)形式是影響斜材布置效果的主要因素，合理規(guī)劃受力斜材與主材兩者夾角，有益于提高斜材布置的合理性，強化外部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。夾角偏大時，斜材表面平整度更好，若較密集布設(shè)，很可能不利于斜材性能充分發(fā)揮。結(jié)合過往鐵塔設(shè)計實踐歷程，若能將斜材和水平面夾角控制在35°～45°間時，整塔重量最輕。

（二）單樁承載力取值問題處理措施

1）工程項目場地原為地勢較低或河道時，松散的新近填土作為上部土層，樁基設(shè)計時直接采用試樁提供的承載力或直接按經(jīng)驗公式計算單樁承載力數(shù)值，沒有考慮上部未固結(jié)（或欠固結(jié)）土層在固結(jié)沉降過程中可能引起的樁側(cè)負摩阻力的影響。2）樁身承載力驗算時，沒有考慮樁身壓曲或施工工藝系數(shù)的影響，對抗拔樁，沒有進行樁身抗裂驗算，僅計算樁身承載力。3）對于不同的樁型，按規(guī)范經(jīng)驗公式計算單樁豎向承載力時，各土層的極限端阻力和極限側(cè)阻力是不同的（即成樁工藝不同，地基土對不同樁型的支承能力不同）。一些工程項目地質(zhì)勘察報告僅提供了計算打入式預(yù)制樁的單樁承載力設(shè)計參數(shù)，而設(shè)計采用鉆孔灌注樁，并直接引用地質(zhì)報告中的設(shè)計參數(shù)，使計算的單樁承載力出現(xiàn)偏差。4）電力工程有地下室時，在按靜載試驗確定單樁承載力時，沒有扣除地下室深度范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力，由于基坑開挖后暴露時間不宜過長，試樁一般都在基坑開挖前進行，基坑開挖后，地下室深度范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力己不再存在。

（三）強化鐵塔基礎(chǔ)計算

由于在建設(shè)的過程中會遇到不同類型的輸電線路鐵塔。所以在建設(shè)輸電線路鐵塔的過程中，一定要充分結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)、地貌和施工條件來全面進行設(shè)計。并在設(shè)計的過程中需要全面考慮到鐵塔的基礎(chǔ)強度和穩(wěn)定性等諸多方面的因素。設(shè)計師在設(shè)計的過程中，尤其需要全面根據(jù)鐵塔的基礎(chǔ)受力情況來全面進行設(shè)計，從而使得架空輸電線路能夠在更加安全的環(huán)境下運行。

三、結(jié)語

鐵塔的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)約占整個架空線路本體造價的60%左右，因此一直在架空輸電線路的設(shè)計過程中占據(jù)著非常重要的地位。架空輸電線路設(shè)計的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量將會關(guān)系到整個架空輸電線路投入運營之后的經(jīng)濟效益。在分析了輸電線路基本結(jié)構(gòu)、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、評定輸電線路的主要方法和優(yōu)化架空輸電線路的基礎(chǔ)與鐵塔結(jié)構(gòu)的基本措施幾個環(huán)節(jié)之后，主要結(jié)論如下：在進行架空輸電線路設(shè)計的過程中，尤其需要不斷地完善和優(yōu)化鐵塔與基礎(chǔ)設(shè)計的要點，將鐵塔結(jié)構(gòu)及與之連接的基礎(chǔ)有效配合，只有這樣才能讓鐵塔架空輸電線路在運營的過程中發(fā)揮出更好的功能，從而保證架空輸電線路更加安全和穩(wěn)定的運行。