空間受限地區(qū)高壓架空輸電線路鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

游華武 常龍

摘 要：高壓架空輸電線路的桿塔類型以角鋼塔、鋼管桿為主，在一些開闊地帶通常選擇角鋼塔，而在空間受限地區(qū)則以鋼管桿為主。在埋設(shè)鋼管桿時(shí)，考慮到空間有限、地質(zhì)復(fù)雜，只有對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能保證基礎(chǔ)及鋼管桿的牢固。本文結(jié)合某工程實(shí)例，介紹了工程所在地區(qū)的地質(zhì)條件，進(jìn)而重點(diǎn)從鋼管桿基礎(chǔ)類型的選擇、基礎(chǔ)的優(yōu)化計(jì)算、承臺(tái)的布置設(shè)計(jì)等方面，簡(jiǎn)要分析了鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，并從鋼管桿的施工及使用角度總結(jié)了防撞設(shè)計(jì)、防腐設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，從而為高壓架空輸電線路鋼管桿的安裝及使用提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高壓架空輸電線路;鋼管桿基礎(chǔ);群樁承臺(tái);防腐措施

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）22-0063-03

Abstract： The pole tower type of high voltage overhead transmission line is mainly Angle steel tower and steel pipe pole. In some open areas， Angle steel towers are usually selected; In the space restricted areas， steel pipe is the main. Considering the limited space and complex geology， the foundation must be optimized to ensure the foundation and the steel pipe to be firm. Based on an engineering example， this paper firstly introduces the geological conditions in the area where the project is located， and then briefly analyzes the specific content of the optimization design of the steel pipe foundation from the aspects of the selection of the steel pipe foundation type， the optimization calculation of the foundation and the layout and design of the cap. Then from the Angle of construction and use of steel pipe， the main points of anti-collision design and anti-corrosion design are summarized， which provides technical support for the installation and use of steel pipe in high voltage overhead transmission lines.

Keywords： high voltage overhead transmission line; steel pipe rod foundation; pile group cap; corrosion protection measures

在市區(qū)埋設(shè)鋼管桿時(shí)，面臨著空間受限、地下管線交叉和地質(zhì)條件復(fù)雜等問題。如果基礎(chǔ)不牢，后期很有可能出現(xiàn)鋼管桿歪斜等情況，影響高壓架空輸電線路的正常運(yùn)行。因此，在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須提前做好地質(zhì)調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)構(gòu)做好現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括選擇合適的基礎(chǔ)形式、科學(xué)布置承臺(tái)、設(shè)計(jì)防腐防撞方案等。只有保證鋼管桿基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)合理，才能使安裝牢固，延長(zhǎng)其使用壽命，保障高壓架空輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工程概況

某市220 kV輸電線路全線長(zhǎng)22.7 km，采用雙回路架設(shè)。導(dǎo)線型號(hào)為2×LGL-300/40，地線型號(hào)為JLB20A-80，直線桿型號(hào)為SZG，轉(zhuǎn)角桿型號(hào)為SJG3，呼高為25 m。該地區(qū)年的平均雷暴日為48 d，設(shè)計(jì)風(fēng)速為28 m/s（離地面10 m，30年一遇），最大覆冰厚度為6 mm。其中，線路DT3-DT6段沿既有公路架設(shè)。結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)資料，DT6處地質(zhì)情況如表1所示。

2 鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)類型的選擇

鋼管桿正常運(yùn)行時(shí)主要承受桿身風(fēng)荷載及導(dǎo)地線荷載。橫擔(dān)方向彎矩主要由桿身風(fēng)荷載及導(dǎo)地線荷載形成，垂直橫擔(dān)方向彎矩主要由前后側(cè)導(dǎo)地線張力差及桿身風(fēng)荷載形成。在鋼管桿的基礎(chǔ)類型上，比較常見的有塊式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、群樁基礎(chǔ)3種類型。結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，塊式基礎(chǔ)對(duì)地基承載力有較高的要求，如果遇到軟土地基或濕陷性黃土地質(zhì)，很容易因?yàn)榈鼗环€(wěn)而導(dǎo)致基礎(chǔ)歪斜，對(duì)上部鋼管桿造成不利影響。因此，本工程選擇樁基礎(chǔ)。按照不同的成樁方式，樁基礎(chǔ)又可細(xì)分成預(yù)制混凝土樁、現(xiàn)澆混凝土樁、鋼管樁等若干類型。預(yù)制混凝土樁是提前制作樁體，現(xiàn)場(chǎng)使用重錘夯擊入土[1]。由于本工程線路較長(zhǎng)，樁體沉重不方便移動(dòng)，故不宜選用。現(xiàn)澆混凝土樁工藝比較簡(jiǎn)單，但是受到復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，成樁質(zhì)量不穩(wěn)定，也存在很強(qiáng)的局限性。而鋼管樁具有自重小、強(qiáng)度大、施工快速等特點(diǎn)，宜作為本工程的基礎(chǔ)。

2.2 基礎(chǔ)布置方案優(yōu)化

DT6處采用雙回路耐張鋼管桿，加上導(dǎo)向截面積較大，因此對(duì)于基礎(chǔ)承載力有較高的要求。如果按照正常的方式施工，要想滿足地基承載力要求，必須擴(kuò)大基礎(chǔ)面積，但是考慮到現(xiàn)場(chǎng)空間受限，必須從電氣設(shè)計(jì)方面進(jìn)行優(yōu)化、協(xié)調(diào)。最終采用適當(dāng)放松前后側(cè)導(dǎo)地線以減小本基桿塔作用力的方式，在基礎(chǔ)面積不變的情況下，滿足承載力要求。為保障高壓架空輸電線路的運(yùn)行安全，在放松導(dǎo)地線之后，還應(yīng)重新調(diào)整前后檔距和弧垂對(duì)地距離。優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確定鋼管桿最低呼高18 m。另外，鋼管桿底部設(shè)有直徑為2.4 m的法蘭盤。在鋼管樁基礎(chǔ)布置方式上，有單樁和群樁兩種選項(xiàng)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，采用單樁方案能夠降低成本、簡(jiǎn)化施工操作，但是基礎(chǔ)抗傾覆要求不能滿足工程需要，故選擇群樁承臺(tái)方案。參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）的要求，使用群樁承臺(tái)時(shí)，樁間距≥2.5 d（d為樁徑）。

2.3 承臺(tái)布置設(shè)計(jì)

采用群樁承臺(tái)基礎(chǔ)作為鋼管樁基礎(chǔ)時(shí)，承臺(tái)布置方式成為決定鋼管桿基礎(chǔ)穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素。在承臺(tái)布置方向上，如果選擇承臺(tái)長(zhǎng)方向與道路方向垂直布置，固然能夠提高群樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，但是會(huì)進(jìn)一步擠占有限的空間;如果選擇承臺(tái)長(zhǎng)方向與道路方向平行布置，又會(huì)因?yàn)榻佑|面積較小，導(dǎo)致局部承受壓力太大，不能保證鋼管桿的穩(wěn)定性。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，在承臺(tái)長(zhǎng)方向與道路方向一致的前提下，將承臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)25°，此時(shí)在允許的空間范圍內(nèi)，鋼管桿基礎(chǔ)的樁徑達(dá)到最大，為1.8 m 。同時(shí)，參照《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219—2014）中的規(guī)定：樁邊至承臺(tái)邊距離≥0.3 d（d為樁徑），即0.3×1.8=0.54 m[2]。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的承臺(tái)布置方案如圖1所示。

按照?qǐng)D1方式進(jìn)行承臺(tái)布置，能夠滿足鋼管桿對(duì)基礎(chǔ)承載力方面的要求。但是，在實(shí)際布置時(shí)，部分狹窄地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)承臺(tái)與兩側(cè)混凝土構(gòu)筑物發(fā)生碰撞的情況。為此，在上述布置方案的基礎(chǔ)上，還要做進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一種思路是不改變承臺(tái)及承臺(tái)柱的設(shè)計(jì)方案，微調(diào)下方中心柱的位置。通過實(shí)踐，將中心柱向左側(cè)偏移10 cm，讓承臺(tái)柱與道路邊緣貼緊，此時(shí)承臺(tái)與右側(cè)構(gòu)筑物的凈距離為15 cm，中心樁與左側(cè)雨水管的直線距離為20 cm，樁邊緣與右側(cè)混凝土構(gòu)筑物的距離為50 cm。另外，本工程選用的鋼管桿為轉(zhuǎn)角耐張鋼管桿，對(duì)基礎(chǔ)位移有著較為嚴(yán)格的要求。按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JCJ 94—2008）中的有關(guān)規(guī)定，最大位移不得超過10 mm。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)留有一定的位移裕度，故需要將位移量分擔(dān)到不同的承臺(tái)磚上。以三樁承臺(tái)方案為例，一樁水平位移2.5 mm，二轉(zhuǎn)水平位移4.0 mm，散裝水平位移3.5 mm[3]。可以在控制位移、保證樁體穩(wěn)定的前提下，使承臺(tái)承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在確定承臺(tái)布置方案以后，結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，公路沿線有不連續(xù)分布的軟土地質(zhì)。為了避免承臺(tái)受力導(dǎo)致地基沉降，進(jìn)而影響鋼管桿基礎(chǔ)穩(wěn)定性的情況，需要在局部軟土路段加固承臺(tái)。本工程選擇箍筋加固方案，使用直徑為24 mm的箍筋將其固定在承臺(tái)側(cè)邊，使用焊接方式使其封閉。將群樁承臺(tái)按照相同的方式加固，然后焊接成為整體，從而使得軟土路段的樁基承臺(tái)也能夠具備足夠的抗扭承載力。另外，在公路穿過建筑的區(qū)域，為了避免鋼管桿基礎(chǔ)承臺(tái)對(duì)兩側(cè)建（構(gòu)）筑物的地基產(chǎn)生不良影響，在鋼管樁基礎(chǔ)施工時(shí)，必須采用“上挖下鉆”的成孔方式，即上部采用人工開挖，接觸到堅(jiān)硬巖層后再替換為機(jī)械鉆探成孔，盡量降低地質(zhì)擾動(dòng)。

3 基礎(chǔ)防腐與防撞措施

該工程所在地區(qū)夏季雨水集中，并且沿線有河流經(jīng)過，地下水位較高。因此，在鋼管桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，還必須考慮地下水造成的腐蝕問題。對(duì)于地面高程在3 m以下的，選擇地下水位較高的區(qū)域從地表向下挖2～3 m，使地下水自然滲出并在坑內(nèi)匯集。定期將坑內(nèi)積水抽出，即可達(dá)到降低地下水位、保護(hù)鋼管樁基礎(chǔ)的目的。參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）的有關(guān)要求，鋼管樁在地下水位以上的腐蝕率不超過0.05 mm/a，或者在地下水位以下的腐蝕率不超過0.03 mm/a，為合格[4]。除了采取降水防腐外，本工程還可以從材料自身角度出發(fā)，選擇采用熱鍍鋅工藝處理后的鋼管樁。在高溫條件下將鋼管樁放入熔融狀態(tài)的鋅液中，使其表面形成一層致密的鍍層，起到保護(hù)鋼材、提高防腐能力的效果。

另外，考慮到本工程有較長(zhǎng)線路沿著公路敷設(shè)，因此在鋼管桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)還必須增加防撞設(shè)計(jì)，保護(hù)地上鋼管桿免受機(jī)動(dòng)車的撞擊。防撞設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：對(duì)于布置在公路兩側(cè)的鋼管桿，在地面以上1.0 m內(nèi)，使用砌筑混凝土墩的方式，保護(hù)鋼管桿。混凝土墩直徑為1.2 m或邊長(zhǎng)為0.8 m[5]。上部設(shè)計(jì)為斜坡，防止形成積水。在混凝土墩外側(cè)涂刷紅白相間的熒光漆，在夜間起到反光警示作用，降低汽車撞擊率。

4 鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

該工程中的鋼管桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案很好地解決了空間狹窄地區(qū)高壓架空輸電線路桿塔安裝不便的問題。除了滿足基礎(chǔ)施工需要外，在節(jié)約工程成本、簡(jiǎn)化施工工序等方面也有積極效果。結(jié)合本次設(shè)計(jì)工作，總結(jié)出適用于空間受限地區(qū)鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。第一，適當(dāng)放松鋼管桿前后側(cè)的導(dǎo)地線，可以顯著減輕鋼管桿所受壓力，從而減小對(duì)地荷載。這樣基礎(chǔ)承受壓力較小，間接提高了基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，對(duì)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)有一定幫助。第二，選擇帶有小轉(zhuǎn)角的直線桿塔時(shí)，若空間受限導(dǎo)致轉(zhuǎn)角無法展開，可以采取適當(dāng)移動(dòng)中心樁的方式，保證間隔距離滿足設(shè)計(jì)要求。第三，在空間受限和復(fù)雜地質(zhì)情況下，鋼管樁的實(shí)用性要優(yōu)于混凝土樁，而鋼管樁的群樁承臺(tái)布置方式又優(yōu)于單樁布置。第四，基礎(chǔ)布置形式不一定采用前后對(duì)稱布置，如果存在間距過小的情況，可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)承臺(tái)角度。

5 結(jié)語

在城鎮(zhèn)化背景下，高壓架空輸電線路施工中經(jīng)常會(huì)遇到一些空間狹窄的環(huán)境，對(duì)鋼管桿基礎(chǔ)的安裝和布局提出了更高的要求。為保證鋼管桿的穩(wěn)定性，必須結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，從而為后續(xù)的鋼管桿安裝施工提供必要的指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，要選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式。在市區(qū)這種空間狹窄并且地下經(jīng)常有管線交錯(cuò)的復(fù)雜環(huán)境下，以鋼管樁為基礎(chǔ)是一種比較理想的選擇，可降低施工難度并提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性。在確定基礎(chǔ)形式后，還要做好鋼管桿基礎(chǔ)布置方案和承臺(tái)布置形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，從鋼管桿基礎(chǔ)的施工和使用角度出發(fā)，設(shè)計(jì)方案還要體現(xiàn)出防撞、防腐方面的內(nèi)容，提高本身的可行性與實(shí)用性，為高壓架空輸電線路的施工和安裝提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]樂坤，任樹清，王勃，等.新型帶獨(dú)立電纜平臺(tái)的分角度鋼管桿的研制[J].電力系統(tǒng)裝備，2018（10）：217-218.

[2]丁陽，張大長(zhǎng)，談磊，等.輸電線路鋼管桿多邊錐形橫擔(dān)抗彎承載力試驗(yàn)和設(shè)計(jì)理論研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017（2）：33-38.

[3]李漢孟.輸電線路鋼管桿基礎(chǔ)地腳螺栓群安裝質(zhì)量控制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（10）：131-132.

[4]呂勤甲.高壓架空輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2020（6）：375.

[5]朱巖.高壓輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2020（6）：164.