基礎型式選擇及優化

郭哲

國網漯河供電公司 河南 漯河 462000

正文：

1 基礎選型意義

1.1 控制工程造價

基礎工程是輸電線路工程體系的重要組成部分，費用約占整個工程本體造價的15%～25%。選擇合適的基礎方案并進行優化設計，將有效降低整個工程造價。

1.2 線路安全運行

送電線路基礎設計的優劣關系整條線路的安全運行，一旦某基礎出現塌陷、拔出等安全事故，整條線路運行將面臨癱瘓。因此，針對不同的基礎負荷、地質及地形條件因地制宜選擇基礎型式能為線路的安全運行提供必要的保障。

1.3 環境保護

不同的基礎型式具有不同的特點，承載能力、材料耗量、土石方量以及對環境的影響等各不相同，需要因地制宜選擇基礎型式，減小工程對環境的影響。

2 基礎設計的基本要求和內容

2.1 桿塔基礎設計基本要求

桿塔基礎設計要求在規程規定的各種工況下必須保證穩定，即使在某些異常情況下也應具有一定的可靠性水平，并且在外荷載作用下，桿塔基礎不能產生可能造成桿塔承載力嚴重下降的變形。

2.2 基礎設計的內容

桿塔基礎作用力包括豎向力、水平力以及由此產生的傾覆力矩等，桿塔基礎設計內容包括上拔穩定、下壓穩定、傾覆穩定和基礎強度設計。

（1）上拔穩定性。基礎上拔穩定性就是計算桿塔基礎抵抗上拔荷載的能力，工程上多采用剪切法和土重法。（2）下壓穩定性。基礎下壓穩定性就是計算基礎承受下壓荷載的能力，要求基礎底板下的地基應力不超過地基土的允許承載力。（3）傾覆穩定性。基礎傾覆穩定性是計算基礎抵抗傾覆荷載作用的能力，要求基礎能夠在被動土抗力產生的平衡力矩作用下保持穩定。（4）基礎強度設計。基礎強度設計即基礎結構構件設計，它要求基礎與桿塔的連接、基礎本體的各個截面和部位都安全可靠，保證桿塔的作用力通過基礎傳遞至地基。

3 基礎設計時需要考慮的因素

（1）荷載：基礎設計時主要的荷載變量不僅是各荷載的方向、大小，還要考慮荷載的分布和偏心程度等。（2）水文、地質條件：基礎的水文、地質條件包括塔位處的地形地貌、地基土物理力學性質、地下水位情況等。（3）地基的承載特性：根據基礎傳遞荷載的工作機理，考慮基礎和地基土是否有可能出現潛在的破壞面，實際的荷載分布情況，地基土的特性及基礎材料。（4）變形：地基－基礎－桿塔是相互聯系成一個整體來共同承擔荷載的，當地基或基礎發生不均勻變形時，桿塔將對變形產生制約作用，引起桿塔結構內力重分布，產生附加應力，導致桿塔承載能力降低。

4 基礎方案選擇

4.1 基礎方案選擇

根據以往線路工程經驗，一般采用的基礎型式為柔性直柱基礎和鉆孔灌注樁基礎。

a）柔性直柱基礎。柔性直柱基礎包括直柱臺階基礎和直柱板式基礎。優點：設計中基礎主柱中心與地腳螺栓中心根據基礎作用力的情況設置了一定的偏心，使基礎受力更趨合理，并可有效地降低基礎的工程量。缺點：土石方量較大，對自然環境有一定的破壞。b）鉆孔灌注樁基礎。優點：適應性強，承載力高，適用于地下水位高的粘性土和砂土等地基，廣泛用于有沖刷的跨河塔位；在結構布置形式上可分為單樁和樁基，在埋置方式上可分為低樁和高樁基礎。缺點：施工工藝要求較高、施工難度較大；施工時的泥漿對環境有一定影響。

5 優化設計

在選定基礎型式的基礎上，通過對整個結構經濟性、環保性、耐久性的分析，對基礎尺寸進行優化，得出最優基礎形式。

5.1 直柱板式柔性基礎優化

5.1.1 基礎主柱優化

基礎主柱的大小一方面取決于基礎主柱外負荷，另一方面需滿足構造要求。從受力上來說，主柱彎矩隨基礎埋深逐步加大，主柱配筋主要由上拔力及主柱彎矩確定。因此，在滿足構造和受力要求下，盡量采用較小斷面尺寸以節約混凝土。

5.1.2 基礎埋的優化

在臨界深度范圍內，基礎埋置越深，越能充分發揮土體抵抗基礎上拔力的效力。但基礎埋深越大，基礎承受的彎矩就越大，基礎主柱寬度及配筋也相應增大。

總體而言，基礎埋置越深，混凝土方量越少，基礎鋼筋量和土石方量開始的時候變化的比較快，后來基本保持不變。

5.2 樁基礎優化

5.2.1 結構布置優化

根據結構布置的不同，常用的鉆孔灌注樁基礎型式有單樁、連梁框架和高（低）樁承臺。要合理選擇受力特性良好且經濟指標最優的樁基型式，必須結合鐵塔基礎外力的大小和地質情況，經過反復多次的試算才能得出。

對于基礎外力比較小和地質情況相對較好的塔位選擇單樁會比較經濟；連梁框架往往用于軟土層厚度較大、樁身直徑由水平力控制的塔位，與單樁相比，連梁框架的樁徑一般可減小一級；而對于基礎外力較大、采用單樁和單樁聯梁基礎型式樁徑都較大（一般樁身直徑＞1.2m時）的情況改用雙樁承臺或多樁承臺型式一般會更加經濟。

5.3 預制裝配式基礎

5.3.1 預制裝配式基礎優勢

預制裝配式基礎一般在工廠完成預制構件的制作，在施工現場只需將預制構件進行現場拼裝。由于裝配式基礎采用工廠預制的方式，其構件質量明顯高于普通現澆混凝土基礎，相應的結構安全性能夠得到更大的保證。由于不需要現場澆筑，采用裝配式基礎節省了模板拼裝的時間和費用，具有良好的經濟和社會效益。

預制裝配式基礎將以往裝配式基礎的各個組成模塊標準化，通過不同數量標準塊的組合搭配，可以適應不同基礎尺寸的要求，滿足不同鐵塔作用力和地質條件的需要。

與傳統預制裝配式基礎相比，新型模塊化裝配式基礎具有優勢如下：

1）構件采用模塊化、標準化設計，相同規模下構件預制成本低。2）采用拼裝“積木”的型式進行拼裝，施工技術難度低。3）可根據工程實際情況組合成不同尺寸，適應不同荷載及地質條件。4）采用卯榫及螺栓連接的“混凝土+金屬”構造，可靠性高。5）構件拼裝后可對鋼筋施加預緊力，并可根據實際需要，通過緊固螺母隨意調節各個鋼筋的預緊力，降低受拉側基礎產生裂縫的可能，同時提高基礎的抗變形能力。

總結：

本文根據從基礎的設計原則、選型、優化、等方面進行了深入的分析和論證，對一般基礎形式進行了分析與論證，同時結合具體基礎參數進行定量分析。主要研究結論如下：

1）根據架空輸電線路設計中重要一環為基礎建設，對基礎進行分析論證，根據現有國家標準進行分析計算。2）對直柱板式柔性基礎以及樁基礎根據基礎計算中主要的參數，諸如：埋深、底板寬度、主柱寬度，進行定量分析。3）針對以往裝配式基礎的不足，創新性地提出新型模塊化裝配式基礎。