輸電線路板式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

【摘 要】通過對板式基礎(chǔ)進(jìn)行地腳螺栓預(yù)偏、主柱偏心及設(shè)置斜柱等優(yōu)化設(shè)計(jì)，可顯著改善基礎(chǔ)底面受力性能，有效降低基礎(chǔ)尺寸與本體造價(jià)。

【關(guān)鍵詞】板式基礎(chǔ);受力性能;優(yōu)化設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)工程是輸電線路工程體系的重要組成部分，其工程造價(jià)、施工工期和勞動消耗量在整個線路工程中占很大比重。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，輸電線路基礎(chǔ)工程施工工期約占整個工期的50%，運(yùn)輸工程量約占整個工程的80%，費(fèi)用約占工程本體造價(jià)的15%～20%。選擇合適的基礎(chǔ)方案并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效降低整個工程造價(jià)。

混凝土板式基礎(chǔ)是輸電線路工程設(shè)計(jì)中最常用的基礎(chǔ)型式之一，系指通過支模方式埋置于預(yù)先挖好的基坑內(nèi)并將回填土夯實(shí)的基礎(chǔ)，此類基礎(chǔ)是以擾動的回填土構(gòu)成抗拔土體，保持基礎(chǔ)的上拔穩(wěn)定，此類基礎(chǔ)具有施工簡便的特點(diǎn)。

隨著電力工程大規(guī)模建設(shè)的發(fā)展，輸電線路走廊越來越長，桿塔基礎(chǔ)的費(fèi)用越來越高;同時(shí)隨著電壓等級的提高，桿塔基礎(chǔ)承受的荷載將越來越大，桿塔基礎(chǔ)尺寸也越來越大，因此需要對基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化分析。利用架空輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與優(yōu)化軟件，結(jié)合實(shí)際工程，開展混凝土板式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析，給出設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。

1 板式基礎(chǔ)的優(yōu)化分析

1.1基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

（1）以結(jié)構(gòu)受力體系最合理為優(yōu)化目標(biāo)的整體優(yōu)化，主要考慮充分利用基礎(chǔ)受力體系的特點(diǎn)，改善基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，節(jié)約材料消耗。

（2）在一定的結(jié)構(gòu)受力體系下，以造價(jià)最低為優(yōu)化目標(biāo)的局部優(yōu)化。

1.2 直柱地腳螺栓偏心基礎(chǔ)

地腳螺栓通過偏心設(shè)置，可以達(dá)到減少基礎(chǔ)主柱彎矩和減少基礎(chǔ)底面彎矩的目的，偏心所產(chǎn)生的反向彎矩可抵消部分由基礎(chǔ)水平力對基礎(chǔ)所產(chǎn)生的彎矩，使基礎(chǔ)受力更趨合理，進(jìn)而有效降低基礎(chǔ)的材料量。偏心值越大，所產(chǎn)生的反向彎矩越大。通過計(jì)算分析，對于同一塔型，偏心值和折減水平力成線性關(guān)系，且當(dāng)偏心值達(dá)到0.3m左右時(shí)，可相當(dāng)于抵消其水平力約30%的作用。通過分析還可得出，直柱式基礎(chǔ)的偏心值與塔腿傾斜坡度和基礎(chǔ)高度有關(guān)，所以偏心值的取值應(yīng)根據(jù)塔腿的坡度與基礎(chǔ)的埋深綜合考慮確定。雖然由于主柱寬度的限制，地腳螺栓偏心的方式無法達(dá)到斜柱基礎(chǔ)的效果，一般可折減水平力15%-25%，但地腳螺栓偏心的方法除板式基礎(chǔ)和直柱掏挖基礎(chǔ)外，其他基礎(chǔ)型式也可采用;通過地腳螺栓偏心仍然可以起到減少彎矩，降低工程量的目的。

1.3 主柱偏心直柱板式基礎(chǔ)優(yōu)化

主柱偏心直柱板式基礎(chǔ)，同樣可以達(dá)到減少基礎(chǔ)主柱彎矩和減少基礎(chǔ)底面彎矩的目的，偏心所產(chǎn)生的反向彎矩可抵消部分由基礎(chǔ)水平力對基礎(chǔ)所產(chǎn)生的彎矩，使基礎(chǔ)受力更趨合理，進(jìn)而有效降低基礎(chǔ)的材料量。

本文地質(zhì)條件取粉質(zhì)粘土、1m水，以直線塔為例，上拔力取900-1600kN，對多工況地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，將主柱偏心直柱基礎(chǔ)與普通直柱基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算對比及造價(jià)分析，詳見下圖所示：

從上圖看，采用主柱偏心直柱基礎(chǔ)較直柱基礎(chǔ)鋼筋量約降低40%，混凝土約降低20%，材料量降低明顯，故采用主柱偏心直柱基礎(chǔ)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 斜柱基礎(chǔ)的優(yōu)化

由于斜柱基礎(chǔ)將較大的水平力轉(zhuǎn)成沿塔身主材的軸力，減少了水平力所產(chǎn)生的彎矩，有效地減少了基礎(chǔ)尺寸和鋼筋配筋，從而使該類基礎(chǔ)較直柱板式基礎(chǔ)的混凝土量和鋼筋量有所降低。

本文地質(zhì)條件取粉質(zhì)粘土、1m水，以直線塔為例，上拔力取1200-1900kN，在上述多工況、地質(zhì)條件下，分別按斜柱板式基礎(chǔ)和直柱板式基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，將所用的的材料量進(jìn)行對比分析，如下圖所示：

從上圖看，采用斜柱基礎(chǔ)較直柱基礎(chǔ)鋼筋量約降低30%，混凝土約降低15%，材料量降低明顯，故采用斜柱基礎(chǔ)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2 板式基礎(chǔ)優(yōu)化結(jié)論

（1）直線塔采用斜柱板式基礎(chǔ)較直柱板式基礎(chǔ)，可使混凝土量降低10%～20%，鋼材量降低25%～30%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）建議對于不易掏挖成型的直線塔，優(yōu)先采用斜柱板式基礎(chǔ)，無法采用斜柱時(shí)，可考慮采用直柱地腳螺栓偏心的方式處理。

（3）對于大作用力耐張塔基礎(chǔ)，若采用板式基礎(chǔ)時(shí)，可優(yōu)先考慮等截面斜柱基礎(chǔ);當(dāng)選擇直柱板式基礎(chǔ)時(shí)，建議采用主柱偏心直柱基礎(chǔ)，以降低材料量，節(jié)約造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]DL/T 5219-2014.架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

作者簡介：

李啟振，男，漢族，山東省單縣，工程師，碩士，國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，，架空輸電線路結(jié)構(gòu)方向，

（作者單位：國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司）