10 kV配網架空線路鐵塔基礎簡化計算研究

摘要：研究架空配網線路的鐵塔基礎設計，結合10 kV配網工程項目數多、投產周期短、方案復雜多變、施工階段變更情況多等特點，在滿足設計條件的前提下簡化線路鐵塔基礎的計算方式，對提高設計效率、及時迅速地應對施工過程中出現的基礎計算問題具有重要的意義。

關鍵詞：配網;鐵塔基礎;計算

0? ? 引言

國內常用的鐵塔基礎計算方式比較復雜，而且對地質勘測數據的準確性、完整性要求十分高，而10 kV配網線路的線行設計靈活多變，桿塔的基礎在項目的施工圖設計階段和施工階段出現變更修改的情況較多，直接套用傳統的計算方式會導致設計周期加長、效率降低。

因此，研究一種針對10 kV配網架空線路鐵塔基礎的簡化計算方式，對縮短設計周期、提高工作效率、及時應對各種設計變更狀況具有十分重要的意義。

1? ? 常用鐵塔基礎計算方式存在的問題

1.1? ? 計算公式復雜

鐵塔基礎有多種形式，對應的計算方式也不一樣。對于10 kV配網架空線路，鐵塔主要采用混凝土澆制的窄基臺階基礎，基礎穩定性一般采用傾覆穩定性公式驗證，因此本文只研究討論如何簡化傾覆穩定性的計算。

傳統的窄基混凝土基礎（有一個階梯的基礎）傾覆穩定性計算公式如下：

式中：Mu為基礎極限抗傾覆力矩（kNm）;m為土壓力系數（kN/m3）;h為基礎埋深（m）;h1為基柱埋深（m）;h0為傾覆力FH的作用點到地面的高度（m）;FH為作用于鐵塔上的傾覆力（kN）;K3為基礎傾覆穩定的設計安全系數;e為地基垂直反力Y的偏心距（m）;a1、a分別為基礎底板正面和側面的寬度（m）;b1為基礎立柱受力正面的寬度（m）;b、bp分別為基礎立柱和基礎底板受力側面的計算寬度（m）;f為地基土與基礎面的摩擦系數;[p1]為修正后地基土的容許承載力（kN/m2）;Gf為鐵塔和基礎的全部重力（kN）;G0為階梯正上方土的重力（kN）。

由上述公式可以看出，要得出基礎極限抗傾覆力矩Mu需要另外計算或查表的數據多達13項，計算過程繁瑣復雜，難理解、難記憶。10 kV配網工程復雜多變，特別是工程施工階段，設計人員往往在現場就需要制定變更方案，這樣復雜的計算公式不能迅速、及時地解決現場出現的問題。

1.2? ? 計算參數復雜

上述Mu的驗證公式涉及的參數多達16個，分項公式3個，其中b、bp、[p1]還需要單獨計算，十分麻煩。其實國內常用的該傾覆穩定性驗證公式根據《電力工程高壓送電線路設計手冊》和《架空送電線路基礎設計技術規定》（DL/T 5219—2005）的描述是適用于35～500 kV架空線路的基礎設計。這些主網線路的線行往往避開城鎮、人口密集區域架設，出現線行變更的情況比較少，而且項目投資比較大，所以鐵塔基礎一般都會做詳細的地質勘測。這些地質勘測資料作為上述計算參數的數據支撐，得出來的計算書是十分準確的，使用傳統的驗證公式是十分合理的。

但10 kV配網架空線路項目，投資相對較小，施工階段出現變更的概率十分大，桿塔基礎很少每基都會做地質勘測，因此傳統的驗證公式中，很多需要地質數據支撐的參數應用在10 kV配網基礎計算時，數據的選擇會存在很大的主觀性，導致設計人員對計算結果的準確性沒有把握。

2? ? 鐵塔基礎計算公式的簡化

2.1? ? 簡化計算公式的擬定

為了研究鐵塔基礎傾覆穩定性的簡化計算公式，我們可以先設定一個物理模型，如圖1所示。

圖中所標示的參數及其含義和上文所列的相同，圖中虛線為基礎中心線。把鐵塔及其基礎看做一個整體，受到傾覆力FH的作用，紅線與傾覆力的力臂（h+h0）重合，0點為軸點，此時傾覆力矩為FH（h+h0）。為了不發生傾覆，基礎會產生一個抵抗矩用以抵消傾覆力矩，抵抗矩的力由鐵塔及其基礎的重力、基礎正上方土的重力之和（Gf+G0）組成，抵抗矩的力臂則為a1/2。

結合傾覆穩定安全系數K3，基礎極限抗傾覆力矩的驗證公式可以簡化為：

上述公式符合物理定律和力矩平衡原理，可以作為簡化公式應用到10 kV配網架空線路鐵塔基礎傾覆穩定性的驗證中。此公式不需要反復計算，容易理解、方便記憶，十分適合10 kV配網工程這種設計周期短、項目批量大、復雜多變的項目，能迅速計算出需要的力學數據，快速繪制符合條件的鐵塔基礎圖。

2.2? ? 計算參數簡單

上述Mu的簡化驗證公式涉及的參數只有7個，比傳統公式減少了9個，而且這些簡化后的參數不需要另外單獨計算得出，十分簡單。

上文提到10 kV配網架空線路項目投資相對較小，施工階段出現變更的概率十分大，桿塔基礎很少會做地質勘測。而此簡化計算公式不依賴地質勘測資料，結合10 kV配網架空線路選擇線行的規則特點，只要翻查當地過去的地質報告，在利用簡化公式驗證了基礎滿足傾覆穩定性要求后，根據地質報告再驗證一下基礎的地基承載力即可，數據選擇的主觀性大大降低，結果的準確性大大提高。

3? ? 結語

傳統的鐵塔基礎傾覆穩定性驗證公式參數多、計算過程繁瑣復雜、難理解、難記憶，而簡化的基礎傾覆穩定性驗證公式符合物理定律和力矩平衡原理，計算過程簡單，十分容易理解和記憶。結合10 kV配網工程項目設計周期短、項目批量大、線行復雜多變、施工階段變更情況多的特點，能迅速地計算出需要的力學數據，快速繪制符合條件的鐵塔基礎圖，極大地提高了工作效率，能及時迅速地應對施工過程中出現的基礎計算問題。

[參考文獻]

[1] 國電公司，東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].2版.北京：中國電力出版社，2003.

[2] 架空送電線路基礎設計技術規定：DL/T 5219—2005[S].

收稿日期：2020-08-11

作者簡介：麥嘉偉（1987—），男，廣東鶴山人，電氣工程師，主要從事10 kV及以下電力工程設計工作。