輸電線路鐵塔和基礎型式選擇優化

聶旭初　王苗苗

【摘??要】在當下社會發展以及人民需求不斷增加的情況下，給電力企業提出了新的挑戰，在電力傳輸時，輸電線路的鐵塔負擔著線路的質量，因此鐵塔設計也是線路鋪設時需要考慮的重點。在進行鐵塔設計時需要注意結合環境和設計因素綜合考慮，避免在輸電過程中出現問題。本文主要針對國內輸電鐵塔基礎設計和相關技術要點進行探討以及研究，為鐵塔設計提出一些參考意見。

【關鍵詞】鐵塔基礎設計;輸電線路;型式選擇;優化

輸電鐵塔通常由塔頭、塔腿以及基礎三個部分構成，在轉角塔、終端塔、跨越塔中通常會因為自身設計作用的不同而出現多種外形形狀。鐵塔和基礎共同作用承擔導地線和其他負荷，在輸電線路工程中占有絕對重要的地位，因此要重視型式的選擇和優化。

1鐵塔設計

1.1??鐵塔設計準備工作

國內的鐵塔基礎工程中，通常會考慮到施工現場對于輸電線路鐵塔設計所產生的影響。在鐵塔設計時需要考慮到下列的一些因素：

第一，注意安全運行的原則。輸電線路的鐵塔設計，首先需要保證輸電線路的整體運行安全和穩定，其次再保證環保等多種因素。

第二，在進行設計時，需要考慮到本身的成本問題。鐵塔設計要在滿足供電需求和安全運行的前提下，盡量降低成本，提高經濟效益。

第三，需要注意施工現場的保護以及周圍環境的維護。

第四，根據工程需求確定鐵塔型式后，進行荷載工況組合，需要考慮大風、覆冰、低溫、斷線、安裝、不均勻冰以及“三跨”驗算等工況，特別重要的塔型還要考慮地震等特殊工況。

1.2??鐵塔設計優化

鐵塔優化包括橫擔優化、塔身口寬和坡度優化、結構布置和節間優化等。

橫擔優化：根據不同的塔型采取不同的優化方案，有型式優化和尺寸優化等。

塔身口寬和坡度優化：上部塔身的坡度較小，其口寬及坡度在小范圍內變化對塔重及基礎作用力影響均很小，因此，桿塔單基指標的降低重點在于優化下部塔身坡度及瓶口寬度。在優化瓶口寬度及根開大?。ㄋ砥露龋r，應在合理的范圍內取值。瓶口寬度越小，塔頭剛度就越小，桿塔變形就越大，頭部塔身主、斜材內力也越大，塔重增加;但瓶口寬度大到一定程度，桿塔反而又會越來越重。因此，塔身優化一定要在保證桿塔整體剛度的前提下，獲得較優的塔重指標。

結構布置和節間優化：節間長度的確定受到臨界計算長度、塔身的分段、接腿及外形尺寸等因素的制約，同時考慮到節間長度對斜材、輔助材的影響以及腹桿布置形式對主材的內力影響，往往很難理想地使主材長度達到按穩定計算的承載力等于按強度計算的承載力。因此在進行節間長度分段優化時，應綜合考慮多種因素的影響，以臨界計算長度為參考，同時考慮塔身布置、桿件應力比等因素，合理選擇最優的長度。

2輸電線路基礎設計

2.1基礎型式選擇

桿塔基礎設計是指在已知地質及荷載等條件下通過一系列計算來選擇合適的桿塔基礎類型，確定基礎最佳尺寸的全過程。在設計過程中必須考慮下列因素。

⑴?地質條件

地質條件是桿塔基礎設計的出發點，主要包括塔位的地質情況、土（巖）種類、原狀土層分布和應力狀態、地下水位情況以及施工過程地基土（巖）的變化特性等，地基土（巖）的工程評價是正確進行桿塔基礎設計的關鍵。

⑵?荷載特性

荷載特性是桿塔基礎設計時的主要變量，主要包括荷載的大小、分布和偏心程度等。

⑶?施工因素

在輸電線路基礎設計時，需考慮施工單位的機械及技術裝備能力、施工過程中的運輸條件和材料供應情況，確保基礎施工過程的連續性、快速性和施工質量滿足使用要求。

⑷?環境保護

隨著經濟的不斷發展，對輸電線路建設過程中環境保護方面提出了更高的要求，合理選擇基礎型式和設計塔位施工基面，做到少開塔位施工基面，以減少余土和邊坡的防護，降低工程造價，保護環境，實現國家經濟建設的可持續發展。

根據我國目前超高壓輸電線路桿塔基礎工程的設計和施工現狀，在基礎方案選擇時應考慮以下幾方面：

（1）應盡可能采取合理的結構型式，降低水平力和彎矩對基礎的影響，改善基礎受力狀態。

（2）應盡可能充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好力學性能，因地制宜采用原狀土基礎。

（3）應注重環境保護和可持續發展戰略。

（4）應注重施工的可操作性和質量的可控制性，重視施工過程的安全性。

結合具體的地形、地貌、水文地質條件，建議的基礎型式如下：

（1）對平原有水軟弱土地基，基礎作用力較小時采用灌注樁單樁基礎、板式基礎，基礎作用力較大的桿塔宜采用灌注樁群樁基礎、PHC管樁基礎。

（2）對平原有水普通土地基區段的塔位，作用力較小時優先推薦采用灌注樁單樁基礎，作用力較大的桿塔，推薦采用灌注樁群樁基礎、PHC管樁基礎。

（3）對低山丘陵細粒土地基區段的塔位，當塔基地形平緩時優先推薦采用挖孔基礎，其次考慮采用掏挖基礎;當桿塔荷載較大或塔基地形陡峭時宜采用挖孔基礎。

（4）對于丘陵、低山區下伏風化巖石地基，推薦采用巖石錨桿基礎、巖石嵌固基礎，地形陡峭區域根據經濟性也可采用挖孔基礎。

（5）跨河地區推薦采用灌注樁單樁及灌注樁群樁基礎，對灌注樁群樁基礎應結合水文相關要求，選擇低樁或高樁承臺。

2.2輸電線路基礎設計優化

在基礎型式確定的條件下，基礎優化包括基礎材料的選擇、基礎尺寸的優化及鐵塔與基礎連接方式的優化。

板式基礎優化包括：基礎主柱寬、基礎埋深、基礎底板寬及底板厚等。

挖孔類基礎優化：（1）對土類地基，在滿足位移要求下，挖孔基礎采取擴底措施，擴底端直徑與樁身直徑比D/d直線塔宜取1.5左右，耐張塔宜取2.0左右，具體取值根據承載力要求及擴底端部側面和樁端持力層土性確定。長徑比L/d取值應受水平位移和人工開挖活動限制，不宜過大。（2）對風化巖石類地基，在滿足位移要求下，對于直線塔，擴底端直徑與樁身直徑比D/d為1.0與1.5時相差不大，因此考慮施工便利，直線塔挖孔樁基礎可取消擴大頭;對于耐張塔，具體取值根據承載力要求及擴底端部側面和樁端持力層土性確定，必要時也可取消端部擴大頭。

對于灌注樁基礎，推薦采用承臺45°擺放+立柱偏心的基礎型式，偏心量根據桿塔作用力的大小來優化取值，并通過計算對比確定合理的布樁方案。

對于采用地腳螺栓與鐵塔連接的直柱基礎，推薦對地腳螺栓進行一定的預偏心，使下壓或上拔力產生的彎矩抵消部分水平力產生的彎矩，改善立柱及基底受力，從而降低基礎混凝土量和鋼筋量。

3結語

鐵塔的結構及基礎通常在總成本上占據較大比例，所以鐵塔的設計過程一直處于重要的地位，整個鐵塔的結構以及質量關系到日后的經濟效益。通過線路結構以及鐵塔結構設計等方法優化設計之后所得出的結論如下：在設計時需要不斷完善以及優化鐵塔的基礎設計要點，將鐵塔的結構和基礎設計有效配合，從而發揮出更好的效能，保證線路的整體運行穩定和安全。

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（作者單位：中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司）