輸電線路經過采動影響區基面開方量的優化

郭 磊

(山西省電力勘測設計院，山西太原 030001)

0 引言

近年來隨著電網建設不斷發展，越來越多的輸電線路途經煤礦采動影響區，當輸電線路經過煤礦采動影響區時，基面開方量大，工程造價高，且塔位基面植被破壞嚴重，棄土、棄石堆放點不僅影響生態環境，有時還易引起土體滑坡，危及塔位和附近設施的安全，現階段環境保護呼聲日益高漲，正確、合理的設計好山區線路桿塔基面，減少基面開方量，對保證線路安全運行、適應環境保護、降低和控制工程造價就顯得異常重要。

1 采動影響區基礎設計分析

我國煤炭資源豐富，煤礦眾多，高壓輸電線路不可避免的會從已有煤礦區域通過。由于各礦山開采時間過程與沉陷狀況不同，地質條件復雜多變，大小礦井開采方法多樣，多種開采狀況相互影響，且礦產的大面積開采，必然引起采空區上方地表的移動和變形，造成地表的不均勻沉降，對基礎及其上部結構產生附加作用力，造成建筑物的損害甚至破壞。在這些區域立塔，輕則可造成基礎傾斜、開裂、桿塔變形，重則造成基礎沉陷、桿塔傾倒，嚴重威脅輸電線路的安全運行。

位于采動影響區的輸電線路桿塔基礎選型應在滿足正常設計條件的同時，還應考慮抵抗一定程度的地基變形。由于地基變形有垂直沉降、水平偏移和傾斜三種情況，以此要求所選基礎形式應能滿足抵抗這三種變形(一定程度的)的能力。

1.1 鋼筋混凝土板式直柱基礎

該基礎形式是國內傳統的基礎形式之一。其特點是底板寬度與高度不受剛性角的限制，寬高比可增至2.5倍。且混凝土耗量較臺階式基礎小，自重輕，可減小對地基的下壓力。更重要的是，由于它底板配有鋼筋，柔性較大，抗變形能力強，不易斷裂，總體抗地基變形能力強。

1.2 復合防護大板基礎

該基礎形式是在基礎底面設置一鋼筋混凝土大板，此大板上、下層均配置鋼筋，以抵抗由于不均勻沉降所產生的彎矩，為方便基礎頂推時減小摩阻力，在大板與基礎之間增設砂卵石墊層(示意圖見圖1)。這種基礎形式可以保證當地基發生一定程度不均勻沉降時，不會由于四個基礎的不均勻沉降造成桿塔破壞，但不能保證基礎根開不發生變化。此種基礎在工程中已廣泛應用，具有較成熟的經驗。

圖1 復合防護大板基礎示意圖（單位：mm）

采取鋼筋混凝土板式直柱基礎同時配有復合防護大板，是預防采動影響區對輸電線路桿塔傾斜與不均勻沉降的有效措施。使用了復合防護大板后，基礎基面開方由單個基礎開方變為了四個基礎整體開方，開方量大大增加。

1.3 復合防護大板基礎開方量大的原因

1)復合防護大板基礎鐵塔不做高低腿及高低主柱，開基面只能以高程最低腿為基準，山區坡度大時，則導致開方量大;2)大板基礎為一整體現澆混凝土板，根開越大、基礎底板越寬時，開方量越大。

針對以上原因，我院結合以往的工程情況，在設計過程中采用半填半挖的護坡方式、采用窄基鐵塔以及中空混凝土復合大板基礎的方式，降低了基面土石方的開方量，減少了對山區地形、植被的破壞，起到了保護環境的作用。

2 減少基面開方量的措施

2.1 半挖半填的護坡方式

通過對高程較低的塔腿基礎進行護坡處理，相當于在一定程度上縮小各腿之間高差，通過本措施處理后，基礎內邊坡一般可控制在5 m以下，對于內邊坡可視地質條件進行護坡或放坡處理。此種情況需根據最低塔腿高程設置護坡，但需保證復合防護大板位于原狀土上，因此護坡無法設置太高，護坡高度只能設置為大板上基礎高度。

采用此種方式時，為了使大板基礎位于原狀土體上，護坡的高度具有一定的局限性，護坡高度只能設置不大于基礎高度。

通過此種方式極大程度的減少了基面的開方量，保護了環境。處理如圖2所示。

圖2 半填半挖減少開方措施示意圖

輸電線路工程中部分鐵塔位于臺階地與坡地中，實現完全降基面，會造成大的開方和較高的內邊坡，采用半填半挖方式，不僅可以減少基面開方，而且還可以實現開方與填方的平衡問題，減少工程中余土外運的問題。

2.2 采用窄基鐵塔的方式

復合防護大板尺寸過大是導致基面開方量過大的主要原因。解決這一問題的主要辦法就是將常規型鐵塔基礎根開縮小，盡量減小復合防護大板的尺寸。研究表明，將大板尺寸縮小1 m，基面開方量將減少10%～15%。

2.2.1 窄基角鋼塔根開變化

以在煤礦采動影響區內使用較多的5A2-ZB2-48為基準研究對象進行分析。原設計角鋼塔型的坡度為0.09(單面坡度)，根開為9 700 mm，我們分別對同等荷載條件下的窄基塔以坡度(單面坡度)0.08，0.07進行比較，其比較如表1所示。

表1 窄基塔不同坡度時的根開變化比較表

2.2.2 窄基角鋼塔塔重變化

當坡度按線性減小時，鐵塔主材的計算應力近似呈線性比例增大，且鐵塔腿部的主材應力變化明顯，從而導致鐵塔主材規格增加。由于鐵塔材料的變化，從而也導致了采用窄基塔時較常規坡度鐵塔的重量有所增加，其重量的變化如表2所示。

表2 窄基塔不同坡度時的塔重變化比較表

由表2可見，鐵塔由于坡度減小，根開變小，導致重量有所增加，但增加幅度有限。

2.2.3 窄基角鋼塔基礎尺寸變化

當鐵塔坡度減小、根開減少時，鐵塔作用力同步增大，基礎底板計算寬度相應的會有所增加。我們以G25號塔位的地質條件為基礎進行基礎計算，如表3所示。

表3 典型地質條件表(摘自地質報告)

計算結果比較見表4。

表4 不同坡度時窄基塔的基礎尺寸比較表

從上述基礎尺寸可以看出，當采用窄基塔時，根開雖然變小，但是由于根開減小引起作用力的增加，導致基礎底板尺寸增加也較大，基礎混凝土量增加也較多。

2.2.4 窄基角鋼塔復合防護大板尺寸變化

結合根開的變化和基礎尺寸的變化，復合防護大板尺寸變化如表5所示。

表5 不同坡度時窄基塔的復合防護大板尺寸

從上述復合防護大板尺寸可以看出，當采用窄基塔時，以坡度0.07為例，根開減少1.4 m時，大板寬度只減少1.1 m，復合防護大板混凝土量和復合防護大板上部基礎混凝土量的整體有所減少。

2.3 中空混凝土復合板基礎

中空復合板由鋼筋混凝土制成，中間開孔，是復合防護大板的一種改進形式，因地制宜的采用中空大板基礎，可在一定程度上減少基面及基坑開方量。采用中空大板基礎，大板中間空洞的土方則不需要開挖，相應既減少大板混凝土量，又減少土方開挖量。采用此種方式，在地形坡度較陡地段或臺階地地段開挖，容易形成凹型槽，從而引起積水或排水不暢，因此只能在適當地段采用。

3 結語

綜合分析得出:采用半填半挖的護坡方式、采用窄基鐵塔以及采用中空混凝土復合大板基礎的方式，減少了輸電線路經過煤礦采動影響區的基面開方量，既保護了環境，又降低了工程造價，對以后的輸電線路的建設提供了一定的參考價值。

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

［2］DL/T 5154-2012，架空輸電線路桿塔結構設計技術規定［S］.

［3］DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定［S］.