新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)線路工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

張令權(quán) 王正運(yùn) 李永平

(東北電力大學(xué)，吉林吉林 132012)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，遠(yuǎn)距離、大容量的電力輸送和交換是輸電線路工程發(fā)展的趨勢(shì)，為了實(shí)現(xiàn)西部大開發(fā)的戰(zhàn)略目標(biāo)，西部地區(qū)輸電線路建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，桿塔基礎(chǔ)的作用力也隨著電壓等級(jí)增大而不斷增大，桿塔基礎(chǔ)在輸電線路設(shè)計(jì)中占有極其重要的地位，輸電線路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工也具有明顯的行業(yè)和地域特點(diǎn)［1-3］。輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是否合理和施工質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)輸電線路能否安全運(yùn)行起著決定性作用，而且輸電線路基礎(chǔ)的造價(jià)、工期和勞動(dòng)力的消耗量在整個(gè)線路工程中占有很大的比重［4，5］，在特殊地質(zhì)的情況下基礎(chǔ)所占的比例可能會(huì)更大，所以根據(jù)不同地質(zhì)情況進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化是必要的，這也會(huì)對(duì)輸電線路安全運(yùn)行、降低工程投資、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的問題提供必要的幫助。

1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.1 常用基礎(chǔ)型式及其工程特點(diǎn)

架空輸電線路桿塔基礎(chǔ)型式應(yīng)根據(jù)桿塔型式、沿線地形地質(zhì)及水文、施工、運(yùn)輸條件等進(jìn)行綜合考慮后確定［6］。總體可分為:掏挖類原狀土基礎(chǔ)、開挖回填類基礎(chǔ)、巖石錨樁類基礎(chǔ)、鉆孔灌注樁類基礎(chǔ)以及其他特殊類型基礎(chǔ)幾大類。

各類基礎(chǔ)工程特點(diǎn)見表1。

表1 常用基礎(chǔ)型式工程特點(diǎn)比較

1.2 近年來應(yīng)用在輸電線路中的新型基礎(chǔ)

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)型式也不斷優(yōu)化創(chuàng)新，近年來輸電線路工程中使用的新型基礎(chǔ)主要有:戈壁碎石土掏挖基礎(chǔ)、板式中型樁復(fù)合基礎(chǔ)、變截面人工挖孔樁、掏挖—巖石錨樁復(fù)合型基礎(chǔ)、預(yù)制微型樁基礎(chǔ)、擠擴(kuò)支盤灌注樁基礎(chǔ)。

1.3 本工程基礎(chǔ)方案選擇

基礎(chǔ)方案選型應(yīng)遵循的主要原則是保證基礎(chǔ)型式的技術(shù)合理性、施工技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性并符合環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求。

本工程線路地基情況相對(duì)復(fù)雜，基礎(chǔ)選型主要依據(jù)不同地形、地基情況及運(yùn)輸情況，本工程地形地基概括為六大類:

1)戈壁碎石土地基;2)山區(qū)巖石地基;3)跨河及河漫灘地基;4)沙漠及沙丘地基;5)濕地(泥沼)地基;6)鹽池地基。

根據(jù)本地區(qū)工程水文地質(zhì)條件，通過對(duì)開挖回填類基礎(chǔ)、掏挖類基礎(chǔ)、巖石類基礎(chǔ)和樁類基礎(chǔ)以及新型基礎(chǔ)的對(duì)比分析，對(duì)本工程的基礎(chǔ)型式選擇和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化得出以下結(jié)論:

1)對(duì)于戈壁碎石地基塔位優(yōu)先推薦采用原狀土基礎(chǔ)，對(duì)直線塔和基礎(chǔ)作用力較小的轉(zhuǎn)角塔，結(jié)合塔位地形情況推薦采用戈壁碎石土掏挖基礎(chǔ);對(duì)基礎(chǔ)作用力較大的轉(zhuǎn)角塔，推薦采用板式中型樁復(fù)合基礎(chǔ);在原狀土基礎(chǔ)使用困難的地段，推薦采用板式斜柱開挖基礎(chǔ)。

2)在山區(qū)塔位，對(duì)微風(fēng)化巖石地基，推薦采用巖石錨桿基礎(chǔ);對(duì)于中等風(fēng)化巖石地基，推薦采用巖石嵌固基礎(chǔ);對(duì)于上覆土層厚，下為強(qiáng)風(fēng)化巖石地基，推薦采用掏挖—巖石錨樁復(fù)合基礎(chǔ);在原狀土基礎(chǔ)使用困難的地段，推薦采用板式斜柱開挖基礎(chǔ)。

3)本工程線路跨越部分河流，多為季節(jié)性河流，一般河漫灘地較長(zhǎng)，河床隨自然沖刷或人工采砂影響而經(jīng)常改道，沿線跨越的較大河流主要有:疏勒河、黨河、羊水河、魚卡河等，在河漫灘地基礎(chǔ)一般采用灌注樁基礎(chǔ);對(duì)較小的季節(jié)性河流，可采用常規(guī)的板式開挖基礎(chǔ)并加深基礎(chǔ)即可。

4)對(duì)濕地、泥沼、流砂地層的塔位，主要采用灌注樁基礎(chǔ)，并對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行防腐蝕處理;對(duì)地下水位較低的地段，可考慮采用板式開挖基礎(chǔ)，并用玻璃鋼外包防腐;對(duì)地層為粉細(xì)砂的地段，可考慮采用預(yù)制微型樁基礎(chǔ)或擠擴(kuò)支盤灌注樁。

5)對(duì)于風(fēng)積砂地區(qū)推薦采用大開挖基礎(chǔ)，并加大基礎(chǔ)埋深;但計(jì)算理論應(yīng)使用近年來沙漠地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和科研成果。

6)對(duì)鹽池地段線路基礎(chǔ)，參照公路、鐵路多年的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和青海輸電線路的建設(shè)實(shí)際，在鹽池段線路基礎(chǔ)進(jìn)行“高墊淺埋”，基礎(chǔ)型式采用板式開挖基礎(chǔ)，防腐蝕采用玻璃鋼外包防腐。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

基礎(chǔ)尺寸的優(yōu)化直接影響基礎(chǔ)的工程量。主要包括:基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)底板寬及底板厚和基礎(chǔ)主柱寬等。

2.1 基礎(chǔ)埋深

影響基礎(chǔ)埋深的主要因素有:1)基礎(chǔ)作用力的大小;2)地下水位;3)凍土深度;4)基礎(chǔ)穩(wěn)定要求;5)地基持力層;6)施工工藝的要求。

最佳基礎(chǔ)埋深是優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容。由于線路工程的特殊性，基礎(chǔ)大部分由上拔控制，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)，適當(dāng)加深基礎(chǔ)埋深(不超過臨界埋深為宜)，充分利用土重抗拔，可減小基礎(chǔ)底板的尺寸，從而大幅度減少混凝土用量，雖然深埋基礎(chǔ)會(huì)導(dǎo)致主柱鋼筋、基坑開挖量有所增加，但基礎(chǔ)底板尺寸的減小可以使總的鋼筋量和混凝土量得到減少。

對(duì)不同類型鐵塔基礎(chǔ)最佳埋深須視地質(zhì)條件、受力大小及基坑開挖情況，來進(jìn)行計(jì)算，并分析優(yōu)化。

2.2 基礎(chǔ)底板寬及底板厚

底板寬度在埋深確定的情況下，由基礎(chǔ)的上拔和下壓計(jì)算確定，一般基礎(chǔ)埋深與底板寬之比為1.5左右。底板厚度由兩個(gè)方面來控制:1)基礎(chǔ)沖切計(jì)算;2)寬厚比小于2.5。在滿足這兩點(diǎn)且底板寬已經(jīng)確定時(shí)，若減小底板的厚度，可減少混凝土用量，但鋼材會(huì)有所增加。對(duì)于本工程混凝土經(jīng)濟(jì)性較鋼材為敏感的山區(qū)地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)減小底板的厚度，以減少混凝土用量，但對(duì)于其他運(yùn)輸方便的平丘地區(qū)，就不需要這樣來處理?？傊?，基礎(chǔ)的尺寸也應(yīng)和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)聯(lián)系才對(duì)。

2.3 基礎(chǔ)主柱寬

基礎(chǔ)主柱寬度通常由下面兩個(gè)因素控制:

1)構(gòu)造要求。

對(duì)于地腳螺栓連接，主柱寬度可參考表2的數(shù)值。

表2 按地腳螺栓所確定的主柱寬度

表2中主柱最小寬度是由以下兩個(gè)條件來控制:

a.地腳螺栓的中心至基礎(chǔ)邊緣的距離不應(yīng)小于4d(d為地腳螺栓直徑)，且不應(yīng)小于150 mm。

b.塔腳板底板邊緣至基礎(chǔ)邊緣的距離不應(yīng)小于100 mm。

2)受力分析。

以往基礎(chǔ)主柱采用直柱設(shè)計(jì)，主柱所受水平力大，基礎(chǔ)主柱較寬。現(xiàn)在我們根據(jù)鐵塔塔腿的受力特點(diǎn)，主要采用斜柱基礎(chǔ)，使其主柱承受的水平力大為減少，改善了主柱的受力情況，特別是抬高基礎(chǔ)尤為明顯。

2.4 基礎(chǔ)深寬比

根據(jù)特定的基礎(chǔ)作用力和地質(zhì)參數(shù)，利用直接搜索法可很容易得到基礎(chǔ)深寬比的最優(yōu)解。

按照對(duì)本工程典型基礎(chǔ)作用力計(jì)算分析結(jié)果(見圖1)，可以看出，基礎(chǔ)深寬比的最優(yōu)解在1.1～1.4之間。

圖1 不同深寬比基礎(chǔ)造價(jià)比較曲線

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)750 kV二通道工程沿線不同地質(zhì)的鐵塔基礎(chǔ)的選型和優(yōu)化可以看出，確定鐵塔基礎(chǔ)的型式應(yīng)該考慮工程沿線地形地質(zhì)、水文、運(yùn)輸?shù)染C合因素，在確定了基礎(chǔ)型式后，在滿足技術(shù)的合理性、施工的可行性情況下，基礎(chǔ)優(yōu)化不僅可以減少工程量，降低工程投資，并為線路的安全運(yùn)行提供可靠的保證。

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