輸電線路經(jīng)過(guò)采動(dòng)影響區(qū)基面開(kāi)方量的優(yōu)化

郭 磊

(山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西太原 030001)

0 引言

近年來(lái)隨著電網(wǎng)建設(shè)不斷發(fā)展，越來(lái)越多的輸電線路途經(jīng)煤礦采動(dòng)影響區(qū)，當(dāng)輸電線路經(jīng)過(guò)煤礦采動(dòng)影響區(qū)時(shí)，基面開(kāi)方量大，工程造價(jià)高，且塔位基面植被破壞嚴(yán)重，棄土、棄石堆放點(diǎn)不僅影響生態(tài)環(huán)境，有時(shí)還易引起土體滑坡，危及塔位和附近設(shè)施的安全，現(xiàn)階段環(huán)境保護(hù)呼聲日益高漲，正確、合理的設(shè)計(jì)好山區(qū)線路桿塔基面，減少基面開(kāi)方量，對(duì)保證線路安全運(yùn)行、適應(yīng)環(huán)境保護(hù)、降低和控制工程造價(jià)就顯得異常重要。

1 采動(dòng)影響區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

我國(guó)煤炭資源豐富，煤礦眾多，高壓輸電線路不可避免的會(huì)從已有煤礦區(qū)域通過(guò)。由于各礦山開(kāi)采時(shí)間過(guò)程與沉陷狀況不同，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，大小礦井開(kāi)采方法多樣，多種開(kāi)采狀況相互影響，且礦產(chǎn)的大面積開(kāi)采，必然引起采空區(qū)上方地表的移動(dòng)和變形，造成地表的不均勻沉降，對(duì)基礎(chǔ)及其上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加作用力，造成建筑物的損害甚至破壞。在這些區(qū)域立塔，輕則可造成基礎(chǔ)傾斜、開(kāi)裂、桿塔變形，重則造成基礎(chǔ)沉陷、桿塔傾倒，嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運(yùn)行。

位于采動(dòng)影響區(qū)的輸電線路桿塔基礎(chǔ)選型應(yīng)在滿足正常設(shè)計(jì)條件的同時(shí)，還應(yīng)考慮抵抗一定程度的地基變形。由于地基變形有垂直沉降、水平偏移和傾斜三種情況，以此要求所選基礎(chǔ)形式應(yīng)能滿足抵抗這三種變形(一定程度的)的能力。

1.1 鋼筋混凝土板式直柱基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)形式是國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式之一。其特點(diǎn)是底板寬度與高度不受剛性角的限制，寬高比可增至2.5倍。且混凝土耗量較臺(tái)階式基礎(chǔ)小，自重輕，可減小對(duì)地基的下壓力。更重要的是，由于它底板配有鋼筋，柔性較大，抗變形能力強(qiáng)，不易斷裂，總體抗地基變形能力強(qiáng)。

1.2 復(fù)合防護(hù)大板基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)形式是在基礎(chǔ)底面設(shè)置一鋼筋混凝土大板，此大板上、下層均配置鋼筋，以抵抗由于不均勻沉降所產(chǎn)生的彎矩，為方便基礎(chǔ)頂推時(shí)減小摩阻力，在大板與基礎(chǔ)之間增設(shè)砂卵石墊層(示意圖見(jiàn)圖1)。這種基礎(chǔ)形式可以保證當(dāng)?shù)鼗l(fā)生一定程度不均勻沉降時(shí)，不會(huì)由于四個(gè)基礎(chǔ)的不均勻沉降造成桿塔破壞，但不能保證基礎(chǔ)根開(kāi)不發(fā)生變化。此種基礎(chǔ)在工程中已廣泛應(yīng)用，具有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。

圖1 復(fù)合防護(hù)大板基礎(chǔ)示意圖（單位：mm）

采取鋼筋混凝土板式直柱基礎(chǔ)同時(shí)配有復(fù)合防護(hù)大板，是預(yù)防采動(dòng)影響區(qū)對(duì)輸電線路桿塔傾斜與不均勻沉降的有效措施。使用了復(fù)合防護(hù)大板后，基礎(chǔ)基面開(kāi)方由單個(gè)基礎(chǔ)開(kāi)方變?yōu)榱怂膫€(gè)基礎(chǔ)整體開(kāi)方，開(kāi)方量大大增加。

1.3 復(fù)合防護(hù)大板基礎(chǔ)開(kāi)方量大的原因

1)復(fù)合防護(hù)大板基礎(chǔ)鐵塔不做高低腿及高低主柱，開(kāi)基面只能以高程最低腿為基準(zhǔn)，山區(qū)坡度大時(shí)，則導(dǎo)致開(kāi)方量大;2)大板基礎(chǔ)為一整體現(xiàn)澆混凝土板，根開(kāi)越大、基礎(chǔ)底板越寬時(shí)，開(kāi)方量越大。

針對(duì)以上原因，我院結(jié)合以往的工程情況，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用半填半挖的護(hù)坡方式、采用窄基鐵塔以及中空混凝土復(fù)合大板基礎(chǔ)的方式，降低了基面土石方的開(kāi)方量，減少了對(duì)山區(qū)地形、植被的破壞，起到了保護(hù)環(huán)境的作用。

2 減少基面開(kāi)方量的措施

2.1 半挖半填的護(hù)坡方式

通過(guò)對(duì)高程較低的塔腿基礎(chǔ)進(jìn)行護(hù)坡處理，相當(dāng)于在一定程度上縮小各腿之間高差，通過(guò)本措施處理后，基礎(chǔ)內(nèi)邊坡一般可控制在5 m以下，對(duì)于內(nèi)邊坡可視地質(zhì)條件進(jìn)行護(hù)坡或放坡處理。此種情況需根據(jù)最低塔腿高程設(shè)置護(hù)坡，但需保證復(fù)合防護(hù)大板位于原狀土上，因此護(hù)坡無(wú)法設(shè)置太高，護(hù)坡高度只能設(shè)置為大板上基礎(chǔ)高度。

采用此種方式時(shí)，為了使大板基礎(chǔ)位于原狀土體上，護(hù)坡的高度具有一定的局限性，護(hù)坡高度只能設(shè)置不大于基礎(chǔ)高度。

通過(guò)此種方式極大程度的減少了基面的開(kāi)方量，保護(hù)了環(huán)境。處理如圖2所示。

圖2 半填半挖減少開(kāi)方措施示意圖

輸電線路工程中部分鐵塔位于臺(tái)階地與坡地中，實(shí)現(xiàn)完全降基面，會(huì)造成大的開(kāi)方和較高的內(nèi)邊坡，采用半填半挖方式，不僅可以減少基面開(kāi)方，而且還可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)方與填方的平衡問(wèn)題，減少工程中余土外運(yùn)的問(wèn)題。

2.2 采用窄基鐵塔的方式

復(fù)合防護(hù)大板尺寸過(guò)大是導(dǎo)致基面開(kāi)方量過(guò)大的主要原因。解決這一問(wèn)題的主要辦法就是將常規(guī)型鐵塔基礎(chǔ)根開(kāi)縮小，盡量減小復(fù)合防護(hù)大板的尺寸。研究表明，將大板尺寸縮小1 m，基面開(kāi)方量將減少10%～15%。

2.2.1 窄基角鋼塔根開(kāi)變化

以在煤礦采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)使用較多的5A2-ZB2-48為基準(zhǔn)研究對(duì)象進(jìn)行分析。原設(shè)計(jì)角鋼塔型的坡度為0.09(單面坡度)，根開(kāi)為9 700 mm，我們分別對(duì)同等荷載條件下的窄基塔以坡度(單面坡度)0.08，0.07進(jìn)行比較，其比較如表1所示。

表1 窄基塔不同坡度時(shí)的根開(kāi)變化比較表

2.2.2 窄基角鋼塔塔重變化

當(dāng)坡度按線性減小時(shí)，鐵塔主材的計(jì)算應(yīng)力近似呈線性比例增大，且鐵塔腿部的主材應(yīng)力變化明顯，從而導(dǎo)致鐵塔主材規(guī)格增加。由于鐵塔材料的變化，從而也導(dǎo)致了采用窄基塔時(shí)較常規(guī)坡度鐵塔的重量有所增加，其重量的變化如表2所示。

表2 窄基塔不同坡度時(shí)的塔重變化比較表

由表2可見(jiàn)，鐵塔由于坡度減小，根開(kāi)變小，導(dǎo)致重量有所增加，但增加幅度有限。

2.2.3 窄基角鋼塔基礎(chǔ)尺寸變化

當(dāng)鐵塔坡度減小、根開(kāi)減少時(shí)，鐵塔作用力同步增大，基礎(chǔ)底板計(jì)算寬度相應(yīng)的會(huì)有所增加。我們以G25號(hào)塔位的地質(zhì)條件為基礎(chǔ)進(jìn)行基礎(chǔ)計(jì)算，如表3所示。

表3 典型地質(zhì)條件表(摘自地質(zhì)報(bào)告)

計(jì)算結(jié)果比較見(jiàn)表4。

表4 不同坡度時(shí)窄基塔的基礎(chǔ)尺寸比較表

從上述基礎(chǔ)尺寸可以看出，當(dāng)采用窄基塔時(shí)，根開(kāi)雖然變小，但是由于根開(kāi)減小引起作用力的增加，導(dǎo)致基礎(chǔ)底板尺寸增加也較大，基礎(chǔ)混凝土量增加也較多。

2.2.4 窄基角鋼塔復(fù)合防護(hù)大板尺寸變化

結(jié)合根開(kāi)的變化和基礎(chǔ)尺寸的變化，復(fù)合防護(hù)大板尺寸變化如表5所示。

表5 不同坡度時(shí)窄基塔的復(fù)合防護(hù)大板尺寸

從上述復(fù)合防護(hù)大板尺寸可以看出，當(dāng)采用窄基塔時(shí)，以坡度0.07為例，根開(kāi)減少1.4 m時(shí)，大板寬度只減少1.1 m，復(fù)合防護(hù)大板混凝土量和復(fù)合防護(hù)大板上部基礎(chǔ)混凝土量的整體有所減少。

2.3 中空混凝土復(fù)合板基礎(chǔ)

中空復(fù)合板由鋼筋混凝土制成，中間開(kāi)孔，是復(fù)合防護(hù)大板的一種改進(jìn)形式，因地制宜的采用中空大板基礎(chǔ)，可在一定程度上減少基面及基坑開(kāi)方量。采用中空大板基礎(chǔ)，大板中間空洞的土方則不需要開(kāi)挖，相應(yīng)既減少大板混凝土量，又減少土方開(kāi)挖量。采用此種方式，在地形坡度較陡地段或臺(tái)階地地段開(kāi)挖，容易形成凹型槽，從而引起積水或排水不暢，因此只能在適當(dāng)?shù)囟尾捎谩?/p>

3 結(jié)語(yǔ)

綜合分析得出:采用半填半挖的護(hù)坡方式、采用窄基鐵塔以及采用中空混凝土復(fù)合大板基礎(chǔ)的方式，減少了輸電線路經(jīng)過(guò)煤礦采動(dòng)影響區(qū)的基面開(kāi)方量，既保護(hù)了環(huán)境，又降低了工程造價(jià)，對(duì)以后的輸電線路的建設(shè)提供了一定的參考價(jià)值。

［1］張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［Z］.國(guó)家電力公司東北電力設(shè)計(jì)院，2002.

［2］DL/T 5154-2012，架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［3］DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.