試論輸電線路鐵塔基礎選型設計及其優化

宋軼充

摘 要：隨著我國經濟水平的不斷增長，社會對電力行業的發展需求也在不斷提高。因此，我國的輸電線路鐵塔行業在近些年來有著飛速的發展。根據數據統計可以看出，我國輸電線路鐵塔的銷售收入在近幾年增長了近40%，整體處于高速發展時期。該文對輸電線路鐵塔基礎選型設計進行分析，并提出一些優化意見與建議，希望能夠為我國輸電線路的進一步發展做出貢獻。

關鍵詞：輸電線路 鐵塔基礎 選型設計

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0077-02

如今我國的各類生產活動與城市化建設都在高速發展的進程中，其對于電力的需求極大，故而近些年來我國輸電線路的建設正在如火如荼地開展著。而輸電線路往往需要高壓鐵塔進行支撐，否則將使輸電線下垂，容易發生各類安全事故或是影響輸電線路整體的正常運行。當下我國的輸電線路總跨度正在不斷增加，這對于高壓鐵塔的要求也越來越高。線路總長增加則意味著線路的總重量也將隨之增加，如果高壓鐵塔的承重能力不能達到預期標準，將會嚴重影響到輸電線路的安全性與穩定性。因此，我們必須針對輸電線路鐵塔的基礎選型做好充分準備工作，并對其進行優化，使之能夠適應輸電線路的進一步發展。

1 影響輸電線路鐵塔基礎設計的因素

雖然輸電線路鐵塔對輸電線路的整體穩定性有著極為重要的作用，但是鐵塔的基礎非常容易受到各類人為施工因素、施工環境因素以及特殊因素的影響。鐵塔基礎直接決定了鐵塔的穩定性以及承載能力，因此，我們必須針對這些可能對輸電線路鐵塔基礎造成影響的因素采取相應的防治措施，而要想達到這一步，便是需要確定所有可能對輸電線路鐵塔基礎造成影響的因素。

輸電線路鐵塔的施工工藝相對較為復雜，而且其所處的地理環境多變，因此，可能對輸電線路鐵塔基礎造成影響的因素不能夠一概而論，對于不同的環境來說可能存在著截然不同的影響因素。但是對其進行總結，我們大致可以確定影響輸電線路鐵塔基礎設計的因素主要有如下幾個方面：首先，施工技術因素。由于輸電線路鐵塔對于施工工藝的要求較高，如果施工技術不能夠達到標準，如鐵塔基礎應力結構發生偏差，基礎型式選擇與實際工程情況不能較好匹配，鐵塔基礎設計過程中存在失誤或者是工程材料運輸過程中受到損壞等都會對鐵塔基礎造成一定的影響。其次，施工環境因素。輸電線路鐵塔建設工程所處的地理位置需要依據線路走線來確定，地質條件的不同往往會對工作人員的鐵塔基礎設計產生一定的阻礙。例如：水文地質情況、工程地質情況等，如果在設計過程中沒有得到充分考慮，則可能會在施工過程中發生沉降、位移或是形變等問題。而這些問題都會對鐵塔基礎的性能造成影響。最后，特殊因素的影響。這一類影響因素一般都是非人為因素，發生較為突然且難以推斷出具體的發生時間與波及范圍，如大風、強降水等自然天氣；滑坡、泥石流等自然災害等[1]。可以說特殊因素是影響輸電線路鐵塔基礎設計因素中最為棘手的一個，因為人們并不能夠阻止這一類自然災害的發生，一般只能被動地采取相應的保護措施。

2 輸電線路鐵塔基礎選型設計及其優化

輸電線路的架設需要考慮各地區人們生產生活的實際需要，故而所選取的路徑難以進行更改，這也直接導致輸電線鐵塔所在位置經常包含有各類復雜的地質環境。為了能夠保證輸電線路鐵塔的性能，便需要根據施工位置的實際情況進行鐵塔基礎的受力特性分析，選擇最為適合的鐵塔基礎型式，對其安全性與經濟性進行充分分析。

2.1 工程實例

某地恰好處于一條即將鋪設輸電線路的既定路徑中，為了能夠加強輸電線路的穩定性，需要進行鐵塔基礎的施工。為了能夠加強鐵塔基礎的穩定性與安全性，在施工設計之前對當地的土層指標進行調查分析與測定，具體如表1所示[2]。根據鐵塔基礎選型要求，該地的鐵塔基礎型式應為聯合式，根據數據可以確定，基礎的受力層次為第二層，由此便可以進行分析計算以確定鐵塔基礎的各項基礎數據。

2.2 鐵塔基礎受力分析

一般來說，影響到鐵塔基礎設計與選型的因素主要有如下兩個方面：其一，鐵塔基礎所在位置的土層物理指標。輸電線路路徑是確定的，故而我們可以在鐵塔基礎設計之前進行分析測定。其二，鐵塔塔身與鐵塔基礎之間的受力情況與基礎變形規律。這一點可以通過反復的實驗測定進行總結歸納，之所以該地的鐵塔基礎選用聯合式，主要取決于當地的土層性質，土層的受力層為粉砂，土質軟弱。而聯合式鐵塔基礎施工時需要對鐵塔基礎進行整體澆制，較好地解決了這一問題。為了能夠較好地了解鐵塔的受力情況，一般都會采用ANSYS有限元軟件對聯合式基礎所需要承載的載荷進行分析，這樣便可以得出鐵塔基礎各個位置所承受力的大小。鐵塔基礎為了能夠保證較強的穩定性，往往需要使用鋼筋混凝土來進行制作，而基礎材料的剛度如果與土壤材質相差較大，則較為容易發生沉降或是位移。即使基礎沉降數值已經非常大，應力仍然會一直存在，從而加大對基礎穩定性的影響。而如果土壤層剛度也同樣較大，則非常可能使鐵塔基礎發生彎曲、壓縮等形變，如果形變量超出限定值，則會使基礎破碎裂解。故而，在承載層土質較軟時，應當采用聯合式基礎設計方式，除此之外，工作人員也需要根據土壤的具體參數進行計算，以確定鐵塔基礎的尺寸、形狀等具體信息。

2.3 確定目標函數

通過上述鐵塔基礎的受力分析可以清楚地了解到，能夠對鐵塔基礎設計產生影響的因素主要包括地質條件與外力影響這兩個方面。通過對土層的調查分析與測定我們可以選擇出鐵塔基礎所應該選用的型式，而一旦確定了基礎型式之后，便可以進一步計算出相應的載荷大小。可以說，基礎的受力情況除了受到地質因素的影響之外，更大程度上是受到了基礎設計參數的影響。對此，我們采取如下的目標參數：

fa=fak+ηor（B-3）+ηdrs（h1-0.5）

上述目標函數公式中，fa為修正后的基礎承載能力特征值；fak為基礎的承載能力標準值；η0為基礎寬度的修正系數；ηd為基礎埋深的修正系數；r為埋土的總重量；B為基礎的寬度；rs為基礎上埋土的加權平均重量；h為埋深。由此我們可以看出，影響到設計參數的數據有很多，因此，在進行設計工作之前必須對相關數據進行精密測定，只有這樣才能夠讓鐵塔基礎的參數更加細致。

2.4 設計優化

在該工程項目中之所以選擇聯合式鐵塔基礎，最主要的原因便是它的穩定性與安全性相較于其他的鐵塔基礎要更加優異。加之該地的土質松軟，限制條件較為苛刻，故應選擇聯合式鐵塔基礎型式。首先，在進行基礎設計之前需要對基礎所需要承載的載荷進行計算，而聯合式鐵塔基礎的承載能力一般在實際設計數值的80%以下，這樣可以保證基礎的穩定性最優化。其次，聯合式鐵塔基礎埋深較淺，且整體由澆筑構型，因此，該基礎型式可以方便排水，并且能夠讓土層頂層的硬質層起到最好的固定作用，但是由于下層的土質相對較為松軟，故而基礎很容易發生下沉位移，如果發生的是合理變形，那么在沉降與位移量達到一定限度值時便可以自動調節至最優情況，而如果是由于施工誤差造成的變形，則有可能對鐵塔整體造成極大的影響。最后，便是當地的自然條件、氣候環境等都會對鐵塔的沉降位移產生影響，為了防止鐵塔基礎形變產生嚴重的后果，需要在設計過程中將變形參數考慮到其中，保證最大壓力側變形幅值小于20 mm。

3 結語

鐵塔基礎是鐵塔穩定性與安全性能的保障，因此，我們必須高度重視鐵塔基礎的選型設計。除此之外也需要針對可能存在的各種地質問題、水文條件等對鐵塔基礎設計進行優化。只有這樣才能夠得到最優化的鐵塔基礎設計結果，讓鐵塔整體的質量達到新的高度。

參考文獻

[1] 杜思存.輸電線路鐵塔基礎在沼澤地段的施工技術[J].水利水電技術，2015（3）：46-49.

[2] 吳文烈，鄭惠錦，劉鵬，等.輸電線路鐵塔塔腳機器人焊接工藝方法及性能[J].焊接，2015（9）：41-44，75.