淺談山區架空輸電線路基礎選型與尺寸優化

楊艷國

摘 要：本文通過對山區輸電線路傳統基礎型式的優缺點進行分析比較，選出適用于山區不同地質條件下的最合理的基礎型式。并重點對山區運用較多的掏挖式基礎的尺寸進行組合分析，得出不同施工方式條件下基礎主要尺寸的合理取值。

關鍵詞：山區;輸電線路;基礎

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.100

1 引言

隨著經濟社會的蓬勃發展，土地資源已越來越成為重要的稀缺資源，輸電線路特別是遠距離跨區域線路路徑的選擇更多的避開了平原地帶，轉而走進了山區。本文結合山區地形的特點，旨在探討輸電線路基礎型式的選取和基礎尺寸的合理取值，為山區線路工程設計提供一點參考。

2 山區線路的特點

山區線路的主要特點是鐵塔檔間海拔高差大，塔腿之間的地形高差大，桿塔承受的外部荷載較平原區線路更加復雜。根據以往的工程地質報告表明，山區地形的地質條件大部分是以上覆一定深度的覆蓋層，如粉土，粉質黏土或碎石土，其下部為強風化～中風化巖石為主。

3 山區線路常用基礎型式

架空輸電線路基礎型式的選取應根據桿塔型式、沿線地形、工程地質、水文以及施工、運輸條件等進行綜合考慮確定。目前，山區線路常用的基礎型式主要有原狀土基礎和大開挖回填基礎兩大類。由這兩大類又可以延伸出其他幾種基礎型式，這些基礎型式的特性及優缺點如下所示。

（1）開挖回填類基礎。優點是適應地質條件廣，施工簡便。缺點是基坑開挖量大，造成植被破壞和水土流失;在山區往往形成人工高邊坡，容易崩塌滑坡造成基礎滑移。

（2）掏挖擴底原狀土基礎。優點是充分利用了原狀土承載力高、變形小的特性，“以土代?！?，土石方開挖量小、棄土少，施工方便，節省材料。缺點是受地形條件影響，需要抬高基礎主柱高度，此時基礎的抗傾覆穩定性往往難以滿足。

（3）巖石基礎，包括直錨式、承臺式、嵌固式。直錨式適用于覆蓋層薄或裸露的硬質微風化巖石，常用鉆機成孔;承臺式適用于覆蓋層較厚的中等風化巖石，可采用小直徑錨筋的群錨型;嵌固式適用于各種風化巖石，采用人工開挖或有控制的小爆破加人工修鑿。它們共同的缺點是須逐基鑒定巖體穩定性、覆蓋層厚度、巖石堅固性及風化程度。

（4）挖孔樁基礎。優點是適用于基礎作用力較大及山區地形陡峭的情況。缺點是人工掏挖時要采取有效的安全措施;鋼筋量，混凝土方量稍多，造價較高。

4 山區線路基礎型式的選擇

（1）巖石覆蓋層厚度低于2米時，可以優先考慮巖石基礎。如巖石完整性較好時，可以采用直錨式巖石基礎。當巖石完整性稍差時，可以采用巖石嵌固式基礎。

（2）巖石覆蓋層介于2米到3米時，如巖石完整性較好，也可以采用承臺式巖石基礎。如巖石完整性稍差時，則推薦采用掏挖式基礎。

（3）巖石覆蓋層厚度大于3米時，則優先推薦采用掏挖式基礎。如基礎作用力較大時或地形陡峭時，則推薦采用挖孔樁基礎。

（4）由于開挖式基礎的挖方量大，對環境的破壞也大，故山區一般不推薦采用開挖式基礎，僅在極端情況下如土質異常松散而掏挖難以成型或掏挖式基礎施工導致了基坑坍塌時，方可視現場地形條件，考慮采用開挖式基礎的可能性。

5 掏挖基礎尺寸的合理取值

掏挖的基坑較小，未擾動基坑周邊原狀土，充分利用原狀土的抗剪強度，節省基礎混凝土方量、鋼材用量。由于該基礎型式優勢明顯，已成為山區線路大量采用的基礎型式之一，故本文重點對該基礎型式的尺寸優化進行探討。

（1） 基礎埋深與主柱直徑的合理取值。掏挖基礎的抗拔承載力主要與基礎埋深h和主柱直徑d有關，h和d值越大，掏挖基礎的抗拔力越大，而基礎混凝土方量也相應增加。如何在保證基礎抗拔力相同的情況下，最大限度的節省基礎混凝土方量，下表將選取不同的h和d的取值，通過比較，去探討最優的取值關系。表中直線塔上拔力800kN，耐張塔上拔力1000kN。

通過上表可以看出，無論是直線塔還是耐張塔，小直徑大埋深的尺寸組合都是最節省混凝土方量的。然而，考慮到施工的實際情況，直徑過小，埋深過大時，由于人工操作空間有限，基礎施工將變得非常困難，且不利于安全。故設計時還需要綜合考慮成本與安全及施工便利性的三者關系，從而選取最優的基礎尺寸組合。而對于采用機械化施工的塔位，上述尺寸選擇則變得簡單明了，即考慮基礎混凝土方量最節省的尺寸組合即可。

（2）基礎擴底直徑的合理取值。掏挖基礎的擴底直徑D也是影響基礎抗拔力的重要因素，我們假定基礎主柱直徑一定的情況下，通過采用不同的擴底直徑D的取值，來分析兩個典型塔的基礎埋深和基礎混凝土方量的變化情況。

通過計算比較，無論是直線塔還是耐張塔，基礎主柱直徑一定時，基礎埋深與擴底直徑成反比的關系。而基礎混凝土方量則與擴底直徑成正比的關系。也就是增加基礎主柱的埋深相比增加擴底直徑能更有效的提高基礎抗拔承載力。但是，由于基礎埋深越大，施工安全風險也越大，故設計時也需要綜合考慮成本與安全的關系，選取合理的基礎埋深和擴底直徑。而對于采用機械化施工的塔位，只需考慮基礎混凝土方量最節省的尺寸組合即可。

6 結束語

山區地形復雜，地質條件多樣，基礎型式選擇多樣化，需要設計人員綜合各種因素進行判斷選擇。基礎尺寸的取值影響到費用的合理性和施工的便利性以及作業人員的安全性，也對設計人員的綜合判斷能力有較高的要求。