220kV輸電線路基礎選型及直柱全掏挖基礎優化

王旭江

(山西意迪光華電力勘測設計有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

為了全面促進線路工程建設與自然生態環境和諧發展，做好基礎選型和優化設計就成為了設計人員面臨的重要課題。根據統計:輸電線路基礎工程本體造價費用約占總體的15%～20%，此外，輸電線路各個塔位的微地形相當復雜，工程建設會加劇自然環境的破壞，選擇合適的基礎型式并進行優化設計對于滿足國網公司“兩型三新”的設計要求至關重要。

結合220kV輸電線路常用的基礎型式，對比分析各項技術經濟指標，得出輸電線路基礎選型的基本原則，并對直柱全掏挖基礎的優化應用作詳細分析。

1 基礎選型

1.1 各類基礎技術經濟比較

根據沿線地形、地貌和地質、水文情況，目前220kV輸電線路工程主要采用的基礎型式，大致可分為回填土基礎和原狀土基礎，回填土基礎主要有臺階式基礎、板式直柱基礎、板式斜柱基礎等;原狀土基礎主要有掏挖基礎、巖石基礎等。根據臨縣變～興縣變220kVⅡ回送電線路工程實例，對2CG-ZMC2直線塔和2CGJC2轉角塔的各種基礎型式進行技術經濟比較(見表1，表2)。

從各類基礎技術經濟統計表中分析:在同等條件下，直線塔直柱全掏挖基礎比臺階式基礎、板式直柱基礎、板式斜柱基礎節省造價約36%，16%，12%;轉角塔節省造價約45%，44%，31%;經濟效益顯著。尤其對于交通運輸條件不便，周邊環境植被茂密地區，承受作用力較大的轉角塔，采用該基礎型式充分體現了資源節約型和環境友好型的理念。

表1 地基土為粘土和粉質粘土可塑條件的直線塔單腿量與造價

表2 地基土為粘土和粉質粘土可塑條件的轉角塔單腿量與造價

1.2 基礎選型的原則

1)充分考慮地形、地質條件、交通運輸條件、目前已成熟的施工技術條件分析選擇合適的基礎型式;

2)在滿足設計、施工、運行安全的前提下，盡可能使基礎型式安全經濟、注重環保;

3)線路通過軟弱地基、腐蝕性土等不良地質地段時，應選擇特殊的基礎型式和防護措施并加以論證。

2 直柱全掏挖基礎的優化分析

在設計基礎時，根據線路經過區域的地質條件和鐵塔基礎作用力，通過比較分析選擇合適的基礎型式，在基礎型式確定的基礎上，再進行基礎的優化設計，充分利用原狀土和回填土的抗拔性能，優化基礎的主柱埋深和柱截面尺寸，是使得工程造價控制在典設造價指標范圍以內的主要手段之一。

控制基礎工程的本體造價就是減少鋼筋和混凝土的用量，優化基礎尺寸，我們主要討論220kV線路中直柱全掏挖基礎的優化，通過控制基底展開角，利用基礎埋深，合理選擇柱截面的尺寸，使得柱截面尺寸滿足受力安全合理和施工操作空間可行的要求，在不斷調試優化計算的過程中，選擇最優的平衡點，使得綜合費用最低。當然，基礎本體造價中鋼筋和混凝土用量是一對矛盾體，一方減少的同時另一方必然增加。

2.1 適用情況

1)適用于在施工中掏挖和澆筑混凝土時無水滲入基坑的粘性土中;2)適用于植被良好的地區，配合高低腿鐵塔，實現零降基面，保護生態環境;3)在線路通過不良地質段，不適合采用該基礎。

2.2 直柱全掏挖基礎的設計原理和受力分析

通過鐵塔設計得出基礎所承受的作用力，根據工程地質條件及基本參數，計算容許上拔承載力［FT］是否大于基礎所承受的上拔力，計算基底彎矩，得出地基壓力最大值Pmax是否在容許下壓承載力［ppr］范圍之內，通過薄弱截面的選取，計算彎矩，驗算強度，得出配筋。在直柱全掏挖基礎的設計中，上拔穩定計算和下壓穩定計算充分利用了未擾動土體的自然特性，不僅具有良好的抗拔性能，而且具有較大的橫向承載力。但在計算上拔深度時應扣除表面非原狀土層的厚度，當地面有植土或耕土層時，一般扣除0.3 m，水稻田扣除0.5 m。

2.3 構造要求

按照《架空送電線路基礎設計技術規定》的要求，該基型在設計中應滿足以下構造要求:

1)現場澆制的混凝土基礎，其混凝土強度等級一般不宜低于C15，保護層厚度不得小于40 mm;2)為保證鋼筋骨架的整體剛度，鋼筋接頭宜采用焊接接頭。一級鋼搭接長度ld≥30d，二級鋼搭接長度ld≥35d，縱向受力鋼筋的直徑不宜小于12 mm，凈距不應小于50 mm;3)為滿足人工掏挖的施工操作和確保施工中人身安全的要求，掏挖基礎的尺寸以基柱的直徑不小于0.8 m為宜;4)基底展開角θ0宜選擇45°，既滿足了剛性角的要求，也不會削弱土體的抗拔力。

2.4 直柱全掏挖基礎柱截面優化設計

直柱全掏挖基礎柱截面的選擇在滿足構造要求的基礎上，根據基柱嵌固深度確定選擇彈性或者剛性基柱的截面彎矩進行計算，復核截面強度，合理的主柱截面與埋深對工程造價控制至關重要?，F通過2CG-JC2轉角塔一組工程實例數據，對最優柱截面進行計算分析，通過表3可繪制出柱截面與混凝土用量，柱截面與鋼筋用量的曲線見圖1，圖2。

表3 材料用量匯總表(一)

圖1 柱截面與混凝土用量關系曲線

圖2 柱截面與鋼筋用量關系曲線

2.5 直柱全掏挖基礎埋深優化設計

對于直柱全掏挖基礎而言，基礎埋置越深，越能充分發揮原狀土抵抗上拔力的效果，在山區線路中，塔基地形高低起伏較大，甚至部分塔位邊坡陡峭，基礎埋入原狀土越深，塔基邊坡發生垮塌危及線路安全的事故率就會大大降低。

影響基礎埋深的主要因素包括:1)鐵塔基礎作用力;2)地基承載力的大小;3)地下水的埋置深度;4)基礎底板的強度;5)基礎施工工藝的要求。

現通過2CG-JC2轉角塔一組工程實例數據，對最優埋深進行計算分析。

表4 材料用量匯總表(二)

通過表4可繪制出基礎埋深與混凝土用量，基礎埋深與鋼筋用量的曲線見圖3，圖4。

圖3 基礎埋深與混凝土用量關系曲線

圖4 基礎埋深與鋼筋用量關系曲線

2.6 綜合分析及實際應用

通過對直柱全掏挖基礎的柱截面和埋深優化分析比較:

1)當柱截面逐漸增大時，混凝土量先減少，后增加;鋼筋用量呈現逐漸遞增趨勢;兩者綜合平衡考慮，取柱截面1.0 m為最優截面。2)當埋深逐漸加大時，混凝土用量逐漸減少，鋼筋用量逐漸遞增，兩者綜合平衡考慮，取基礎埋深3.2 m為最優埋深。3)在運用基礎軟件計算中，通過反復試算尋找最優平衡點，基礎埋深(H)=(4.4～4.6)柱截面直徑(B)時，基礎工程的本體造價最優。

3 結語

220kV電壓等級的線路越來越普及，對于普通大開挖基礎造成的環境保護問題越來越突出，線路工程中本體造價指標居高不下也成為業主首要解決的問題，通過對不同基礎型式的技術經濟比較，主推采用直柱全掏挖基礎，優化了基礎主柱截面直徑和基礎埋深，減少了大面積的土石方開挖，綜合效益得到了顯著的提升，并指明了優化設計的過程。

［1］張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊［Z］.第2版.長春:國家電力公司東北電力設計院，2002.

［2］DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定［S］.