送電線路鐵塔斜柱式基礎在線路設計中的應用

王長勝

摘 要：送電線路基礎設計必須堅持保護環(huán)境和節(jié)約資源的原則，根據線路的地形、施工條件、巖土工程勘查資料，綜合考慮基礎形式和設計方案。

關鍵詞：斜柱式基礎；直柱式基礎；灌注樁基礎

中圖分類號：TM753 文獻標識碼：A

一、斜柱式基礎與直柱式基礎的對比

送電線路基礎設計必須堅持保護環(huán)境和節(jié)約資源的原則，根據線路的地形、施工條件、巖土工程勘查資料，綜合考慮基礎形式和設計方案。送電線路基礎設計以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，這是《建筑結構設計統一標準》對建筑結構設計做出的統一標準要求：比如對《混凝土設計規(guī)范》、《鋼結構設計規(guī)范》、《磚石結構設計規(guī)范》等設計規(guī)范提出的統一標準要求，而對于天然地基設計，也就是說地基、基礎的承載力和穩(wěn)定性計算，仍然是原來的安全系數法。

在廣東省中山市04年以前的舊線路基礎絕大多數采用直柱型板塊基礎，少數的跨越塔采用灌注樁基礎。05年以后《架空送電線路基礎設計技術規(guī)定》新增加了斜柱式板塊基礎。由于中山表層地質的限制，在送電線路基礎設計方面更適合斜柱式基礎。

下面先對斜柱式基礎與直柱式基礎做一對比

由于新版的《架空送電線路基礎設計技術規(guī)定》中仍然采用原來的安全系數法，計算方法未發(fā)生變化，為了堅持保護環(huán)境和節(jié)約資源的原則，只有從合理的受力角度來滿足此原則。

斜柱式基礎結構受力的合理點主要相對于舊版《線路基技規(guī)》的直柱式基礎而言。斜柱式基礎主要受力，是通過塔腿的主材插入角鋼直接傳到基礎底部，基礎柱頂部只作用有鐵塔斜材的，很小的水平分力，因此，作用在整個基礎上的彎矩是非常小的，從而不但大大提高了基礎抗傾覆的穩(wěn)定性，而且由于基礎主柱作用彎矩非常小，主柱斷面面積可按構造最小尺寸確定，一般基礎主柱配筋也可按構造配置就可以了；由于地基的凈反應力的減小，使得基礎底板的作用彎矩減小，當然基礎底板的混凝土及配筋量也相應的減小許多。

為減化計算起見，一般可以直接利用鐵塔計算程序算得的基礎作用力（直角坐標系）進行基礎受力分析，其結果是等效的：此時基礎呈偏心受壓或偏心受拉工作狀態(tài)，對基礎的作用這種偏心力是有利的（產生負彎矩），可以等效的反映出整個基礎受力的合理性和優(yōu)越性，其與直柱式基礎受力機理的對比分析如圖1所示

直柱式基礎受力機理： 地基下壓穩(wěn)定計算：地基最大壓應力：

A=a×b ；；； ∑N=N+G土+G基。

基礎上拔穩(wěn)定計算：

斜柱式基礎受力機理 ；地基下壓穩(wěn)定計算：地基最大壓應力：

A=a×b ；；；∑N=N+G土+G基。

基礎上拔穩(wěn)定計算：

H/T=0.15～0.4，m=1.0～0.9；

H/T=0.4～0.7，m=0.9～0.8；

H/T=0.7～1.0，m=0.8～0.75

K1、K2：基礎上拔穩(wěn)定安全系數；

G土：基礎上拔土體重量；

G基：基礎重量；

m：水平力對上拔力的影響系數；

T； T；

Hx1；

Hy1；

從直柱式基礎與斜柱式基礎的受力原理來看，斜柱式基礎更趨近于實際受力情況，更加合理化，更加適應中山地區(qū)的淤泥地質。

二、實際工程中的應用

1工程名稱：110kV柴朗線10#-15#改造工程；

2工程位置：本工程位于中山市火炬開發(fā)區(qū)；

3工程簡介：本工程是為了新建廣州至珠海城際輕軌的建設而進行的升高改造，本工程新建鐵塔兩基：N11A、N12A；基礎全部采用灌注樁基礎。但是由于現場青苗賠償等問題無法施工，使得N12A鐵塔需要沿大號方向移位102m，移位后基礎位于山腳下方。

4基礎設計：基礎位于山腳下，現場初步勘測，由于樁機等大型施工機械無法進場施工，暫定基礎采用大板基礎或人工掏挖基礎（需根據地質勘測報告確定）。

5地質勘測：

Ⅰ腿 淤泥：4.3m、強風化2.0m、中風化5.0m；

Ⅱ腿 淤泥：5.0m、強風化1.4m、中風化5.0m；

Ⅲ腿 淤泥：5.1m、強風化1.2m、中風化5.0m；

Ⅳ腿 淤泥：4.2m、強風化2.3m、中風化5.0m；

6基礎設計存在問題：

N21A鐵塔基礎作用力為T=90t、N=120t、HX=25t、HY=10t。

根據原設計的初步假想，采用大板基礎或人工掏挖基礎；但根據地質報告情況，此處鐵塔基礎位于山腳下，地質按一定坡度進行分布，如果采用大板基礎，基礎底板需置于持力層，此處選擇在強風化層，但是考慮到地質按照一定坡度分布，如果僅置于強風化層的表面，則基礎抗側滑強度不足，但如果基礎底板置于強風化層下方，則基礎埋深在5m以上，由于無法進大型施工機械，且需進行鋼板樁護基，無形中增加了施工危險及施工成本；即便是修通道路進入大型施工機械，則成本比原設計所用灌注樁基礎要大很多。

根據地質情況也無法采用采用人工掏挖基礎，因為上半部分為淤積地質。采用人工掏挖基礎危險系數相應增大很多，淤泥下方為強風化、中風化采用人工掏挖基礎也不現實。

7基礎設計處理方法：

由于電力工程《架空送電線路基礎設計技術規(guī)定》仍然采用安全系數法，故此處設計僅需滿足設計中所要求的下壓、上拔、傾覆演算的要求即可，經過現場多次勘查，結合地質報告，最后征得施工部門意見確定此基礎設計的條件如下：

基礎埋深要小大于2.5m（基礎維護可以采用松樁處理）；

如果需采用灌注樁基礎，則灌注樁基礎深度不能深于中風化（不能采用沖鉆，因為此合同為總包合同，如果超出原合同部分則由施工部門自行承擔）。

基礎材料用量、地基處理措施等費用不能超出原設計范圍。

根據以上條件，結合本基礎所處地基情況，以及原設計所用費用經綜合考慮，采用斜柱基礎與灌注樁基礎相結合的方式，基礎側向位移采用松樁擋土墻處理方法。

根據斜柱基礎與大板基礎的對比知道，基礎作用力相同的情況下斜柱基礎受力形式更加好，且節(jié)約材料用量。

數學模型的建立，本工程所用基礎由于沒有具體的數學模型，所以參考承臺灌注樁基礎，基礎下壓由斜柱基礎底板承擔，基礎上拔由斜柱基礎和基礎下灌注樁部分（僅考慮自重部分）承擔，基礎水平作用力由斜柱基礎和基礎下灌注樁部分共同承擔；考慮到基礎所處地質情況結合鉆探資料，基礎側位移需做擋土墻，而此條線路改造根據火炬開發(fā)區(qū)的規(guī)劃及供電局的規(guī)劃，此段線路需要近期改造拆除（施工圖已出），所以此次改造為臨時改造方案，故擋土墻處理采用松樁擋土墻。斜柱基礎下方仍采用松樁地基處理。

最終設計的基礎形式如圖2所示。

上部斜柱基礎埋深1.5m，下部灌注樁基礎在基礎底部以下4.7m，入中風化巖層0.5m以上。

8設計中需思考的問題：

本工程是為了解決復雜地質情況下施工工藝問題而進行的基礎變更，基礎采用的是斜柱基礎與灌注樁基礎相結合的處理方式，在上拔演算中由于數學模型建立方面缺乏經驗，此次上拔演算中未考慮到灌注樁基礎摩擦力。雖然本工程已經竣工運行將近兩年多時間，但是卻給我們設計人員一個提示，就是我們在新型設計方面還存在一定的不足，還需要繼續(xù)學習實踐，搜集更多的同行所做的優(yōu)秀設計作品，為我們以后的設計打下良好的基礎。

9以后設計的展望：

輸電線路設計中最復雜的是基礎設計，因為輸電線路屬于野外作業(yè)，隨著現在工業(yè)的發(fā)展，電力需求量越來越大，但伴隨的卻是，電力線行越來越緊缺，所以電力線行的走廊就越來越偏僻，就中山地區(qū)而言：輸電線路線行共分為大致的三種情況，一位于平地，平地地區(qū)線行下方主要是魚塘、河沖、農保區(qū)；二位于山地，主要位于高山大嶺的山脊或山腰段；三位于規(guī)劃道路兩側。基本來講，送電線路的基礎限制條件比較多，形式要求多樣化才能夠滿足現場條件的需要，作為設計人員，一定要熟悉測量、概預算、施工工藝等多方面的知識，才能夠使得設計出的作品符合客戶、業(yè)主、規(guī)劃部門的要求。

根據中山最近幾年電力設計發(fā)展形勢，平地均采用灌注樁基礎，山地采用人工掏挖基礎，但是有部分基礎由于施工道路、青苗賠償問題的限制，基礎形式需要進行特殊處理這就需要設計人員有過硬的專業(yè)知識和用于創(chuàng)新的設計理念。

參考文獻

[1] 陳蘭. 輸電線路基礎選型及基礎優(yōu)化設計[J]. 廣東科技， 2008， （8）.