架空輸電線路鐵塔結構與基礎設計研究

韓一冬

摘 要：現代社會經濟發展水平的不斷提高使得各個行業、領域對電能的需求量持續增加，用電負荷也不斷提升，架空輸電線路在運行中所對應的輸送容量以及導線截面持續增大。與此同時，城市地區架空輸電線路還面臨著線路走廊越來越窄，交叉跨越現象越來越多，跨越高度越來越大的問題。在這一背景下，對架空輸電線路鐵塔結構與基礎的設計顯得尤為重要。重點分析了架空輸電線路鐵塔在塔型結構和基礎設計方面的操作要點。

關鍵詞：架空輸電線路；鐵塔結構；基礎設計；窄基鐵塔

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.093

文章編號：2095-6835（2016）11-0093-02

在我國現代經濟社會發展水平不斷提升的背景下，電力系統在設計與運行過程中所依賴的基礎條件也發生了相應的改變。作為我國當前電力供應的基礎保障性設施，架空輸電線路在電力供應系統中所發揮的作用是非常重要的。但結合我國電力行業實際情況來看，企業目前仍然是電力供應的主要對象，因此，在電力供應經濟改善方面的需求仍然是非常明確的。在對架空輸電線路鐵塔的設計中，除需保障鐵塔結構的安全、穩定以外，還需綜合考慮設計的經濟效益。在目前已發生的各類輸電線路安全事故中，因鐵塔結構設計不合理所致事故的比例是非常高的。因此，為提高架空輸電線路運行安全性和穩定性，做好對鐵塔結構與基礎的設計、優化工作有著非常重要的意義與價值。

1 架空輸電線路鐵塔塔型設計

在有關架空輸電線路鐵塔內力的分析中，可將鐵塔桿系節點作為鉸接點。考慮到架空輸電線路鐵塔結構多在相對復雜的自然環境中運行，因此對鐵塔塔型的規劃必須兼顧技術和經濟層面的合理性。根據架空輸電線路工程導線型號、基本環境條件以及敷設路徑情況選擇基礎塔型形式，基于鐵塔所承受機械外負荷條件進行設計和計算，以確保鐵塔結構穩定性、剛度、強度滿足設計要求。除此以外，在架空輸電線路鐵塔塔型的選擇設計上還應當考慮施工條件、施工技術以及運行便捷性等因素的影響。

根據底部寬度，可以將架空輸電線路鐵塔設置為窄基鐵塔和寬基鐵塔兩種類型。其中，窄基鐵塔底部寬度與塔體高度的比值在1/14～1/12的范圍內，寬基鐵塔底部寬度與塔體高度的比值則在1/6 ～1/4的范圍內。對于窄基鐵塔而言，由于鐵塔底部寬度較小，因此主材所受作用力較大，適用于小擋距（使用擋距不足100 m）鐵塔的設計選型；對于寬基鐵塔而言，由于鐵塔底部寬度較大，因此主材所受力作用力較小，適用于大擋距（使用擋距在100 m及以上）鐵塔的設計選型。

2 架空輸電線路鐵塔結構設計

對于寬基鐵塔而言，根據導線回數的不同可以采取不同的結構布置方案。比如對于采用單導線回路的鐵塔而言，結構布置上具有“上”字型特點；對于采用雙導線回路的鐵塔而言，結構布置上則具有鼓型特點。

對于窄基鐵塔而言，根據橫擔以及支架的通用情況可以采取以下兩種不同的結構布置方案：①將塔頭區域布置為垂直段，口寬固定，塔身開始起坡，鐵塔整體高度與底部寬度參數一致，不考慮回路數劃分影響；橫擔具有通用性特點，可根據架空輸電線路實際回路數選擇相應的橫擔數量。②鐵塔塔身與塔頭均設置通用坡度，鐵塔總高度與上口寬度和底部寬度完全一致；橫擔固定不通用，可劃分為單導線回路和雙導線回路兩種形式。

3 架空輸電線路鐵塔基礎優化

在對架空輸電線路鐵塔結構基礎進行優化設計的過程中，必須遵循以下三點基本原則：①優化設計前期，應當對沿線工程水文條件、地質條件和氣象條件進行詳盡的調查。②制訂科學的鐵塔桿塔位置排定原則，即在線路敷設經過各類作物林區時不砍伐通道。如果垂直距離受到影響，則對個別部位進行剪枝或削頂處理。③做好對架空輸電線路沿線主力桿塔造影的優化設計工作。具體而言，結構基礎設計中可采取的優化措施有以下幾點。

3.1 強化架空輸電線路鐵塔基礎

輸電線路桿塔基礎常見類型包括鋼管桿、水泥桿和直立式鐵塔系列基礎三類。其中，鋼管桿基礎可見非原狀混凝土、非原狀土臺階式和非原狀土直柱式柔性這三類；水泥桿基礎則可見非原狀土無拉線盤和非原狀土有拉線盤這兩類；直立式鐵塔系列基礎在基礎類型方面劃分更細，共有16種類型。

在桿塔基礎的選型中，如果混凝土澆筑難度較大，則可以優先選擇金屬式基礎或預制裝配式基礎。如果涉及到電桿及拉線，則建議選擇預制裝配式基礎。

在基礎設計過程中，以安全為前提，對架空輸電線路鐵塔基礎受力性能進行分析。新基礎計算的基本前提是鐵塔基礎所處區域地基基礎承載力符合設計要求。但是，如果地基基礎為淤泥質土或淤泥，則應當重新設計。

在對架空輸電線路鐵塔基礎進行優化設計的過程中，必須充分評價工程實踐中的施工條件、桿塔形式以及沿線地質條件對鐵塔結構穩定性的影響，在最大程度上確保架空輸電線路鐵塔結構的基礎穩定性和位移允許性。

3.2 適當降低架空輸電線路鐵塔接地電阻

高壓輸電線路接地電阻的大小與線路耐雷水平呈反相關，因此，為有效提高高壓輸電線路整體耐雷水平，應在基礎設計環節中結合各基桿塔土壤電阻率取值情況，有效控制桿塔接地電阻的大小。在基礎設計的優化中，可采取的措施包括以下幾種：①若架空輸電線路鐵塔桿塔所處區域周邊允許水平放設，則應當采取水平外延接地的處理措施。這樣，一方面能夠使沖擊性接地電阻得到控制，另一方面能夠有效降低工頻接地電阻。②可結合架空輸電線路鐵塔結構的基本情況，適當增加埋設深度接地極，遵循就地原則增加垂直接地極。③若桿塔所處區域地下地質條件特殊，影響土壤電阻率水平，則可在基礎設計中適當增加木炭及酸、堿性物質，以改善土壤電阻率水平。④可合理敷設降阻劑，以起到合理控制桿塔接地電阻大小的效果。

3.3 優化輸電線路基礎路徑和塔型搭配

城市緊湊型多回路鋼管桿走廊或鋼管塔走廊在技術上能滿足輸電線路的實際要求，且鋼管桿造型美觀，安裝快捷，占地面積小，還與城市地勢較為平坦、走廊寬度小、線路施工方便等特點相適應，因此得以迅速發展。對于架空輸電線路而言，線路走廊寬度主要會受到風偏、安全距離和塔頭尺寸三方面參數的影響。其中，安全距離的波動范圍小，因此，控制架空輸電線路走廊寬度的關鍵在于合理控制風偏和塔頭參數。結合實踐經驗來看，為有效限制導線風偏，對塔頭尺寸進行控制，可采取固定掛點的直線式桿塔和固定跳線的耐桿塔。同時，考慮到城市地區架空輸電線路有大截面和多回路發展的趨勢，因此在基礎設計環節中，可適當增大絕緣子部件、避雷線、接地和金具的安全系數。

4 結束語

架空輸電線路鐵塔結構與基礎設施在輸電線路設計體系中占據著非常重要的地位，其性能和設計質量直接關系到整個架空輸電線路投入運行后的整體效益。結合本文對架空輸電線路鐵塔結構和基礎設計要點的總結、分析，筆者認為，在具體設計中，應當以現代化科學理念為依據，在完善結構設計策略的同時不斷改進并優化基礎設計要點，以保障鐵塔在架空輸電線路運行中發揮相應功能，保障架空輸電線路的安全、穩定運行。

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〔編輯：劉曉芳〕