空間受限地區高壓架空輸電線路鋼管桿基礎優化設計

安培卿 王德朝

【摘 要】為了實現對于部分城市地區由于空間受到一定限制高壓架空輸電線路鋼管桿建設難題，本文通過探討鋼管桿受力的特點并結合工程現場實際情況，從而提出一定優化政策。結果顯示對其進行基礎優化設計能夠取得較為明顯的作用，希望本文能為今后高壓架空輸電線路鋼管桿的相關建設起到一定幫助。

【關鍵詞】空間受限地區;高壓架空輸電線;鋼管桿;基礎優化

常見的高壓架空輸電線類型包括鋼管桿、角鋼塔等多種形式，由于城市地區的用地相對較為緊張，空間受到一定限制，不能采用角鋼塔形式進行建設，城市地區的高壓架空輸電線路一般都是以道路為路線，在此過程，鋼管桿由于其獨有的占地面積小的優勢被城市地區所青睞[1]。但由于城市的線路和設施相對較為復雜，對于鋼管桿的基礎空間建設有一定難度。目前，對于輸電線路的基礎優化設計大多數的研究重點都在于對于地質和結構的相關優化工作，關于空間受限地區的基礎優化進行設計的研究很少，基于此，本文對空間受限地區高壓架空輸電線路鋼管桿基礎優化的設計進行研究探討。

1.鋼管桿基礎受力特點

本研究所選取的鋼管桿均為單桿型，平均直徑為2米，桿底法蘭盤平均外徑為2.75米，鋼管桿正常工作時，風荷載和導地線荷載對其產生主要影響，構成橫擔的相關方向彎矩。風荷載與前后導地線之間張力的差構成垂直橫擔彎矩。鋼管桿底部的豎直力主要是導地線的重量和桿自身的重量，鋼管桿底部的水平向心力主要是風荷載與導地線的水平力所產生的作用，鋼管桿的受力主要形式是底部橫擔方向的彎矩相對較大，而垂直橫擔方向的水平力較小，產生的彎矩也較小。

以鋼管桿受力特點為依據，鋼管桿基礎分為多樁承臺式、單樁、板式基礎等各種形式。架空輸電線路的相關基礎設計一般以承載力等為控制指標。當鋼管桿底部產生較小彎曲的時候，通常采用板式基礎，當彎矩相對較大的時候，板式基礎難以滿足水平位移和上拔要求，因此鋼管桿幾乎很少使用板式基礎[2]。鋼管桿若使用單樁基礎，這種情況下的桿，底端需要承受較大彎矩，因此單樁基礎的主要特點為對樁位移進行一定控制。當采用多樁承臺式基礎時，因為沿橫擔方向桿底的彎矩最大，因此，在橫擔方向布置多樁的時候，樁距之間的距離增大了慣性矩，從而來對桿底彎矩進行抵抗。當對垂直橫擔多樁進行設計時，基礎受力的形式與單樁模式較為相似。同時為了保障基礎能夠均勻受力，通常情況下按桿塔前后側的角度對多樁承臺基礎進行均勻分布。

2.工程選擇

工程選擇為南陽市宛城區，對市區一條220千伏送電線路進行改造改造，其中導線截面620平方毫米，距離地面10米處的風速為27米每秒，雙回路架設，10mm覆冰。其中現有公路邊架線包括NF4～9。NF9轉角桿向右偏轉44度。NF9地質如圖 1所示。

3.基礎選擇與方案設計

NF9轉角桿轉角度數較大，經過初步計算，如果設計為單樁，其直徑超過3米，樁長超過了25米，現場空間根本不具備，而且不具有經濟性。因此選擇多樁承臺方式進行塔基設計。沿道路的方向對承臺進行布置，承臺須需進行約22度左右的旋轉，在旋轉后，承臺基礎轉角度數不同。以空間尺寸計算為依據，經過計算最大基礎樁徑不超過1.5米，根據相關規定，承臺到樁邊的最小距離為0.45米，經計算承臺寬度尺寸的數值最小不能低于2.5米，但經過現場實際測量證明，承臺寬若為2.5米，無法在原有的中心柱進行放置，造成右邊的構筑物與承臺發生碰撞，因此該數值需要被進一步優化。

若向道路一側移動中心樁12厘米，能夠使得基礎在地面露出的承臺部分能夠與道路邊緣緊貼，這時，承臺與右邊構筑物之間的距離：12厘米;左邊的雨水管與樁之間的距離：21厘米;右邊的混凝土構筑物和樁邊之間的距離：63厘米，均符合規定的空間尺寸。向左移動中心樁12厘米后，在NF9后側的直線桿向左偏轉大約6分，NF9轉角桿大約向右偏轉44度28分，經過反復計算和驗證，滿足桿塔受力，因此，本文決定向左移動中心樁12厘米。由于此基鋼管桿為耐張轉角型，對于位移的改變相對較為敏感，根據相關規范，對于位移敏感的鋼管桿來說，建筑物水平位移不能超過6毫米，以此為依據，采用荷載標準按6毫米水平位移對本工程進行計算。若選用樁徑1.5米，樁間距為4.5米的方案，根據方法進行計算位移約為5.6毫米，此時為2樁;若選用3樁樁徑1.5米，樁間距為4.5米的方案，經計算位移大約為4.3毫米。經過上述操作，可以得知如果采用2樁，水平位移利用率已經高達93.33%，如果援用3樁方案，利用率大約為71.67%。由于對本方案周圍有建筑物的條件進行充分考慮，本方案對于位移較為敏感，因此對于位移的利用率應選擇較低的3樁方案，由此，本文采用3樁承臺方案。基礎建設的數據：3樁樁長8.5米，樁徑1.5 米，承臺寬2.5米、長12.5米，承臺柱的高1.5米、直徑為2.5米。與此同時，由于本方案的承臺沿道路方向布置為長邊，本工程經驗就需要對抗扭進行加固。因此，本工程利用箍筋對承臺進行加固，鋼筋箍筋的選擇為直徑20毫米，同時采用焊接的方式進行封閉箍筋從而對承臺的承受能力進行大幅度加強。為了盡可能避免兩側建筑物對于基礎造成影響，本文建議上部進行人工開挖機，同時鉆孔機器運用對下部進行鉆孔成孔的方式。由于鋼管桿偏轉方向為右，本文建議對于空白空間進行填土不壓實操作從而最大程度上降低基礎對于右邊建筑物所產生的影響。

4.結論

通過本文設計可以一定程度上解決工程基礎空間受限的問題，在工程的實際應用中取得一定成效。由于城市地區空間上較為緊張，導致工程在進行基礎布置鋼管桿時，受到一定限制[4-5]。基于此，通過基礎選型的設計和其方案的相關研究優化希望對工程提供一定幫助，經分析，本文認為設計基礎時可以通過下列方式對基礎方案進行不斷優化：

1）使導地線放松，使桿塔的基礎受力減弱，并以桿塔基礎的實際作用力為基礎進行工程設計。

2）由于多樁共同受力能夠使基礎水平位移一定程度上減小，因此通過多樁承臺方式的使用對基礎進行設計布置。

3）當有一定轉角時，如果按前后側鋼管桿轉角平分線上布置承臺，空間很可能受限。此時可以適當挪動樁的位置，并根據實際空間對承臺進行旋轉，然后再對桿塔的受力進行驗算證明。

參考文獻：

[1]趙淳，谷山強，周洪，魏鳳，鄧阿妹，趙倩.專利視角下的全球智能輸電運維關鍵技術創新發展研究[J].高壓電器，2019，55（09）：86-96.

[2]何豐怡.高壓輸電線路T接方案優化探討[J].低碳世界，2019，9（06）：83-84.

[3]秦威南，方玉群，潛力群，梁加凱，蔣衛東.超/特高壓架空輸電線路短路接地線燒傷分析研究[J/OL].中國電力：1-11[2019-11-07].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.3265.tm.20190619.1135.004.html.

（作者單位：中國電建集團河南省勘測設計院有限公司）