不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的合理選型設(shè)計(jì)分析

陳延超 陸秋云 韋俊韜

（廣西電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣西南寧 530000）

0.引言

不良地質(zhì)地段與良好地段存在差異，在進(jìn)行輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地段的設(shè)計(jì)情況，合理開展設(shè)計(jì)工作。下面結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)研究，增強(qiáng)理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，為這一工作優(yōu)質(zhì)高效開展提供支持。

1.不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)原則

（1）安全性。不良地質(zhì)地段對(duì)輸電線路鐵塔穩(wěn)定性影響較大，在開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須保證其安全性，能夠適應(yīng)這一不良環(huán)境，從而為輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持[1]；（2）經(jīng)濟(jì)性。輸電線路鐵塔建設(shè)過程中，將會(huì)涉及到一定的成本投入，尤其是一些不良地質(zhì)環(huán)境下，為了保證輸電線路鐵塔工程達(dá)到預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)，成本投入相對(duì)較大。在開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)在滿足質(zhì)量和安全的前提下，盡量降低其成本[2]；（3）優(yōu)質(zhì)性。輸電線路在建成之后，需要保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，這樣才能滿足實(shí)際需求，但由于輸電線路運(yùn)行受到自然環(huán)境、人為因素、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等多種因素影響，容易出現(xiàn)故障，影響其正常運(yùn)行[3]。

2.不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)原理

2.1 影響因素確定

在確定輸電線路之后，鐵塔所處的地理位置基本確定，基于此進(jìn)行土力學(xué)性質(zhì)分析，明確影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素，合理進(jìn)行控制，保證輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)科學(xué)合理。經(jīng)過總結(jié)，在有關(guān)方面工作開展過程中，影響不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)的因素主要包括地下水含量、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、上部荷載大小、基礎(chǔ)受力后形變大小等。應(yīng)對(duì)所有相關(guān)影響因素詳細(xì)勘察，得出準(zhǔn)確結(jié)果，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.2 鐵塔基礎(chǔ)受力規(guī)律

為了詳細(xì)分析鐵塔基礎(chǔ)及土層受力規(guī)律，保證設(shè)計(jì)合理性，可以使用有限元法對(duì)鐵塔基礎(chǔ)受力進(jìn)行模擬，基于此分析其在相關(guān)荷載作用下的形變情況。首先，進(jìn)行材料參數(shù)設(shè)置，其中，混泥土密度為2750kg/m3，彈性模量為2.50×107E/kPa，泊松比為0.160。土體的密度為2010kg/m3，彈性模量為1.00×104E/kPa，泊松比為0.450，粘聚力為10.0C/kPa，內(nèi)摩擦角為30.0°。

本文在進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)受理規(guī)律分析時(shí)，使用ANSYS大型有限元計(jì)算程序，進(jìn)行計(jì)算圖形模擬，通過計(jì)算模擬分析可以得出，當(dāng)豎向荷載作用在聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)之上時(shí)，基礎(chǔ)底部位置產(chǎn)生最大垂直壓應(yīng)力，基礎(chǔ)與地基土體接觸位置則形成最大的拉應(yīng)力。分析這一現(xiàn)象產(chǎn)生原因，主要因?yàn)榛炷僚c基礎(chǔ)土的剛度差距較大造成的。與此同時(shí)，基礎(chǔ)底部及基礎(chǔ)臺(tái)階在與土層基礎(chǔ)相交位置存在應(yīng)力集合區(qū)域，為了適應(yīng)應(yīng)力帶來的影響，防止混凝土開裂，必須在基礎(chǔ)底部和變臺(tái)階位置增加配筋量。對(duì)于同樣重量的土體，其位移最大的位置出現(xiàn)在基礎(chǔ)底部，且與基礎(chǔ)底部中心土層距離越遠(yuǎn)，沉降位移越小，相應(yīng)的應(yīng)力雖然受到土層深度影響，但不會(huì)因土層加深而逐漸消散。基于上述分析可知，如果鐵塔基礎(chǔ)位于軟土層，必須準(zhǔn)確界定軟土層承載能力、基礎(chǔ)底面大小，作為基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)依據(jù)。如果鐵塔基礎(chǔ)所在土層土質(zhì)較硬，將會(huì)影響鐵塔基礎(chǔ)受力情況，增加鐵塔基礎(chǔ)下部受壓破壞問題發(fā)生幾率，要求鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，合理進(jìn)行配筋量確定，防止混凝土受壓破壞。

2.3 目標(biāo)函數(shù)建立

根據(jù)上述研究中影響鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素分析結(jié)果可知，基礎(chǔ)受外力作用大小和地質(zhì)情況屬于主要影響因素。當(dāng)明確鐵塔形式之后，基礎(chǔ)荷載則可基于此確定，并在地質(zhì)條件的影響下明確基礎(chǔ)大小和外形。所以，基礎(chǔ)受力土層中土層參數(shù)情況可以作為基礎(chǔ)選型依據(jù)，目標(biāo)函數(shù)如下：

在上述公式之中，fa代表經(jīng)過修正之后的地基承載能力特征值大小；fak代表地基承載狀態(tài)下的承載能力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；ηb代表基礎(chǔ)寬度修正之后的系數(shù)；ηd代表基礎(chǔ)深度修正之后的系數(shù)；γ代表基礎(chǔ)地面下方位置圖的重度；b代表基礎(chǔ)寬度值；γm代表基礎(chǔ)地面上方位置土體加權(quán)后的重度平均數(shù)值；d代表基礎(chǔ)埋深大小；Pk代表基礎(chǔ)自重力大小。由此可見，必須加強(qiáng)基礎(chǔ)勘查工作，做到全面而精準(zhǔn)，這樣才能保證基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)合理性。

3.不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)實(shí)例

（1）工程實(shí)例勘查。本文以XA工程作為實(shí)例，展開實(shí)踐設(shè)計(jì)研究工作。首先，對(duì)于XA工程進(jìn)行地質(zhì)勘查，獲取相應(yīng)的地質(zhì)信息，作為鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的依據(jù)，詳細(xì)情況如表1所示。其中，一層、三層、五層、八層皆為砂質(zhì)淤泥質(zhì)粉土。二層、四層、七層、九層為粉砂。六層為淤泥質(zhì)粉土。（2）基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)。根據(jù)上述的地勘結(jié)果，進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)和鐵塔基礎(chǔ)受力特點(diǎn)界定，選擇的輸電線路鐵塔基礎(chǔ)為聯(lián)合式。基于鐵塔基礎(chǔ)的土層特性選擇基礎(chǔ)持力層，具體為第二層，且通過計(jì)算，軟弱下臥層滿足允許位移。（3）研究結(jié)論。基于上述研究，得出結(jié)論如：1）相對(duì)比而言，聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)受力能力較強(qiáng)，便于施工，屬于一種應(yīng)用較廣的鐵塔基礎(chǔ)；2）在使用聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)時(shí)，地基承載力設(shè)計(jì)值宜保持在設(shè)計(jì)值的80%以下；3）位于淤泥之上的聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)，適用于淺埋的方式，便于排水；4）淤泥基上的聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)在長(zhǎng)期荷載作用下，存在沉降問題累積的情況，應(yīng)對(duì)累積情況進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)處理，防治局部開裂問題的出現(xiàn)。（4）研究建議。根據(jù)上述研究，提出建議：1）加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境勘查投入，做到準(zhǔn)確、精細(xì)、全面，從而為基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)工作開展提供有效依據(jù)。具體工作開展時(shí)，應(yīng)由專業(yè)人士按照基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)需求開展地勘工作；2）基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)人員必須具有較強(qiáng)的專業(yè)素質(zhì)，對(duì)于選型設(shè)計(jì)方案應(yīng)對(duì)比分析，通過計(jì)算驗(yàn)證其是否合理。與此同時(shí)，還要考慮方案的可操作性、經(jīng)濟(jì)性等問題，統(tǒng)籌規(guī)劃；3）加強(qiáng)后續(xù)維管投入，詳細(xì)計(jì)算并分析基礎(chǔ)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下的受力情況，采取針對(duì)性的管理措施，避免基礎(chǔ)受到破壞。

表1 地勘結(jié)果

4.結(jié)語

不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)工作較為繁雜，必須結(jié)合實(shí)際環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，保證其科學(xué)合理，安全可靠。在具體操作時(shí)，應(yīng)注重環(huán)境勘查，保證數(shù)據(jù)信息真實(shí)而全面，并加強(qiáng)方案設(shè)計(jì)投入，保證基礎(chǔ)方案科學(xué)合理，便于操作，滿足線路運(yùn)行所需。