電力工程結構設計的過程中容易出現的問題及應對

柳文旭 沈陽電能建設集團有限公司聯發設計分公司

在電網工程建設腳步持續推進的背景下，輸電塔得到廣泛應用，且應用前景一片大好，從初期以木材為主要材料的輸電桿，逐漸發展至鋼筋水泥桿，目前是以鋼材為主導材料的輸電塔。為迎合全國聯網及電網特高壓升級改造的實際要求，輸電鐵塔上的荷載不斷增加，對輸電線路鐵塔結構設計水平提出更高要求。在高壓電路建設中，多種因素會影響其施工質量，故而一定要結合實況對鐵塔結構設計方案作出調整、優化，以從根本上保證輸電線路工程的建設質量。

一、輸電線路鐵塔構造設計研究的概述

現如今，在工農等多個產業規模化發展需求的驅動下，電能需求量持續增長、容量拓展、電源地點零散、輸電距離延長，鐵塔憑借自身持有的諸多優勢逐漸演變成輸電線路的首選桿塔類型。英、美、日等國家均不斷增加對鐵塔結構的升級改造力度，重視新材料、新工藝技術的開發與使用。有資料記載，在日本，20 世紀90 年底初期就建設了60kV 的長距離輸電線路，1960 年首條500kV 線路開始建設，建設早期以270kV 電壓等級運行，歷經13 年后電壓等級上升至500kV。后續的很多年間，各大電力公司均以500kV 線路為基礎建設聯絡干線。當下，日本正積極建設電壓等級為1000kV 的特高壓輸電線路。

在中華人民共和國成立初期積極投身于鐵塔構造的設計工作進程中，以借鑒前蘇聯模式為主，在分析我國地理及氣候條件特征的基礎上，對其強度作出校對、審核，結構設計改造只停留在對初有鐵塔局部整改的層面上。自20 世紀60 年代起，便開始加強自主設計，逐漸建造出35～500kV 鐵塔項目。20 世紀70 年代中期，在國家相關政策體制的引領下，國民經濟的發展態勢有很大改觀，隨之而來的是對電力資源的需求量快速增長，我國推動了500kV 輸電線路的設計、試驗檢測及施工建設工程，完成了首批500kV 輸電工程結構本體設計的壯舉，但是因為技術經驗匱乏，以致設計產品和外國同類工程相比較，材料耗損量增加30%左右。1984 年84 型酒杯塔實驗研究成功，標志著我國設計人員終于沖破了傳統模式的約束。在而后的短短數年間，由東北、華北電力設計院聯合設計的酒杯型直線塔已經抵達了國際先進指標，ZVX 拉V 塔、LV87 拉V塔陸續被開發，我國在輸電線路鐵塔結構設計中做出的突破、取得的成績均是舉世矚目的，預示著國內500kV 輸電設計效果和世界先進水平兩者的間距不斷減縮。

二、鐵塔結構設計優化策略

（一）優化塔身斜材布設形式

在設計計算時間中，應做好斜材樣式的優化工作。既往，“正K 型”“倒K 型”“交叉式”等斜材設計期間常用的布設形式，單純采用交叉布置法很可能會增加斜材承受的壓力，若能聯合使用幾種布設形式，則通常能較好的減少或規避同時受壓情況，使斜材受力轉變為拉壓系統，合理使用該系統的受力特性，有益于減少斜材的規則，進而降低整個鐵塔的重量。塔身主材分段長、輔助材布的布設形式是影響斜材布置效果的主要因素，合理規劃受力斜材與主材兩者夾角，有益于提高斜材布置的合理性，強化外部結構的協調性。夾角偏大時，斜材表面平整度更好，若較密集布設，很可能不利于斜材性能充分發揮。結合過往鐵塔設計實踐歷程，若能將斜材和水平面夾角控制在35°～45°間時，整塔重量最輕。

（二）單樁承載力取值問題處理措施

1）工程項目場地原為地勢較低或河道時，松散的新近填土作為上部土層，樁基設計時直接采用試樁提供的承載力或直接按經驗公式計算單樁承載力數值，沒有考慮上部未固結（或欠固結）土層在固結沉降過程中可能引起的樁側負摩阻力的影響。2）樁身承載力驗算時，沒有考慮樁身壓曲或施工工藝系數的影響，對抗拔樁，沒有進行樁身抗裂驗算，僅計算樁身承載力。3）對于不同的樁型，按規范經驗公式計算單樁豎向承載力時，各土層的極限端阻力和極限側阻力是不同的（即成樁工藝不同，地基土對不同樁型的支承能力不同）。一些工程項目地質勘察報告僅提供了計算打入式預制樁的單樁承載力設計參數，而設計采用鉆孔灌注樁，并直接引用地質報告中的設計參數，使計算的單樁承載力出現偏差。4）電力工程有地下室時，在按靜載試驗確定單樁承載力時，沒有扣除地下室深度范圍內的樁側摩阻力，由于基坑開挖后暴露時間不宜過長，試樁一般都在基坑開挖前進行，基坑開挖后，地下室深度范圍內的樁側摩阻力己不再存在。

（三）強化鐵塔基礎計算

由于在建設的過程中會遇到不同類型的輸電線路鐵塔。所以在建設輸電線路鐵塔的過程中，一定要充分結合當地的地質、地貌和施工條件來全面進行設計。并在設計的過程中需要全面考慮到鐵塔的基礎強度和穩定性等諸多方面的因素。設計師在設計的過程中，尤其需要全面根據鐵塔的基礎受力情況來全面進行設計，從而使得架空輸電線路能夠在更加安全的環境下運行。

三、結語

鐵塔的結構和基礎約占整個架空線路本體造價的60%左右，因此一直在架空輸電線路的設計過程中占據著非常重要的地位。架空輸電線路設計的結構和質量將會關系到整個架空輸電線路投入運營之后的經濟效益。在分析了輸電線路基本結構、輸電線路鐵塔結構設計的關鍵環節、評定輸電線路的主要方法和優化架空輸電線路的基礎與鐵塔結構的基本措施幾個環節之后，主要結論如下：在進行架空輸電線路設計的過程中，尤其需要不斷地完善和優化鐵塔與基礎設計的要點，將鐵塔結構及與之連接的基礎有效配合，只有這樣才能讓鐵塔架空輸電線路在運營的過程中發揮出更好的功能，從而保證架空輸電線路更加安全和穩定的運行。