特高壓輸電線路基礎(chǔ)選型與優(yōu)化

陳 功 王永豪

國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司

特高壓輸電線路基礎(chǔ)選型與優(yōu)化

陳 功 王永豪

國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司

鐵塔基礎(chǔ)的工程材料、機(jī)械、人力的投入以及建設(shè)工期，在整個輸電線路工程施工中占有很大比重。基礎(chǔ)選型必須嚴(yán)格按照充分利用原狀土地基的力學(xué)特性和基礎(chǔ)型式受力合理的原則進(jìn)行，應(yīng)充分考慮輸電線路工程的特點(diǎn)，基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)遵循對環(huán)境影響最小和便于施工的原則。在實(shí)際的選型中，應(yīng)按照所在地的實(shí)際情況選擇合適的方案，保證基礎(chǔ)可以承載輸電線路的載荷，從而確保電力傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。文章就此進(jìn)行分析。

特高壓；輸電線路；基礎(chǔ)選型

1.基礎(chǔ)選型

1.1 斜柱板式基礎(chǔ)

斜柱板式基礎(chǔ)主要利用回填土的自重抵抗基礎(chǔ)的上拔力，基礎(chǔ)底板大而薄，雙向配筋以承擔(dān)基礎(chǔ)力引起的彎矩和剪力，受力合理，能節(jié)省材料，是目前送電線路最常用的基礎(chǔ)型式。但其立柱傾斜率，使其質(zhì)量控制點(diǎn)多，基礎(chǔ)的施工質(zhì)量難于有效控制，此類基礎(chǔ)設(shè)計時，基礎(chǔ)主柱懸臂長度與底板厚度的比值得小于3。

1.2 直柱全掏基礎(chǔ)

直柱全掏基礎(chǔ)型式廣泛用于高壓輸電線路中，山區(qū)丘陵地區(qū)地質(zhì)條件比較好的鐵塔基礎(chǔ)使用，棄土棄渣少，水土流失量較少，對環(huán)境影響破壞??；掏挖基礎(chǔ)的計算有三項(xiàng)：上拔、下壓、側(cè)向彎矩；基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力設(shè)計值不大于調(diào)整后的地基承載力特征值的1.2倍。

1.3 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)：施工噪聲小，設(shè)計樁直徑較大的、且在各種地基上均可使用；缺點(diǎn)：較依賴于施工質(zhì)量，其質(zhì)量的好壞對樁的承載力影響很大，混凝土質(zhì)量較難控制，費(fèi)工費(fèi)時，成孔速度慢，泥渣污染環(huán)境；鉆孔灌注樁由于其施工工藝成熟、承載力高、適用范圍廣，可根據(jù)具體的地質(zhì)條件加以選擇。

2.巖石地基環(huán)境下鐵塔基礎(chǔ)的選型設(shè)計

2.1 巖石錨樁基礎(chǔ)

此種基礎(chǔ)形式主要應(yīng)用在表層裸露、具有比較小的風(fēng)化情況并且質(zhì)地比較硬的巖石之上。實(shí)際操作過程中，首先要采用沖擊鉆進(jìn)行巖石表面的鉆孔，在鉆孔的同時要向上提取，防止鉆出的粉塵落入鉆好的孔內(nèi)。之后再鉆好的孔內(nèi)打入地腳螺栓。螺栓采用240×240的鋼筋骨架進(jìn)行支撐，并且將混凝土砂漿注入其中，保證將地腳螺栓牢固的固定在巖石孔內(nèi)，最后要在頂部位置澆筑鐵塔平臺，用于進(jìn)行鐵塔的搭設(shè)。

一般情況下，可以按照巖石錨樁基礎(chǔ)能夠承受的載荷情況將基礎(chǔ)分為兩種形式，分別為：群錨式、直錨式。在群錨式基礎(chǔ)當(dāng)中，需要將多根地腳螺栓埋入到巖石當(dāng)中，從而得到比較高強(qiáng)度的支撐力。此種基礎(chǔ)主要用在具有較大基礎(chǔ)負(fù)荷的鐵塔之上，例如終端塔、轉(zhuǎn)角塔等方面；直錨式基礎(chǔ)的形式是在基礎(chǔ)的中心線位置埋入兩種或者4根地腳螺栓，此種方式基礎(chǔ)主要用在負(fù)載比較小的鐵塔上。

2.2 巖石嵌固基礎(chǔ)

此種形式的基礎(chǔ)主要用在風(fēng)化程度比較大、比較容易開挖的軟質(zhì)巖石之上，能夠最大程度上利用巖石所具有的剪切力，有效提升鐵塔基礎(chǔ)的抗拔承載能力。此種基礎(chǔ)的設(shè)計方案可以按照如下順序進(jìn)行：①進(jìn)行基坑的挖鑿?；又饕峭ㄟ^少量的炸藥定向爆破之后再通過人工的方式進(jìn)行挖鑿。為了提升基礎(chǔ)所具有的穩(wěn)定性，一般情況下將基坑設(shè)計成倒“Y”的形狀；②進(jìn)行鋼筋立柱的搭設(shè)，并且澆筑混凝土，同時要采用振搗器對混凝土進(jìn)行振搗直到混凝土不出現(xiàn)較為明顯的下降。由于“Y”型巖石嵌固基礎(chǔ)的土石方用量和混凝土用量都比較少，所以所消耗的工程造價相對較低，同時其具有較高的基礎(chǔ)抗拔能力，此種基礎(chǔ)主要被應(yīng)用到巖石地質(zhì)區(qū)域內(nèi)鐵塔基礎(chǔ)的建設(shè)當(dāng)中。

3.實(shí)例分析

3.1 鐵塔基礎(chǔ)施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況

某500kV輸電線路工程沿線的地貌大多數(shù)是崇山峻嶺，很多地區(qū)的基巖呈裸露狀態(tài)，受到了非常嚴(yán)重的風(fēng)化影響。巖石大多數(shù)屬于花崗巖、砂頁巖、石炭系砂巖、凝灰?guī)r等等。采用Y40以及Y40+2.5兩種類型的巖石基礎(chǔ)用于真型試驗(yàn)的測量點(diǎn)，Y40范圍內(nèi)大多是砂頁巖結(jié)構(gòu)，巖體受到了嚴(yán)重風(fēng)化影響，同時表面具有50mm左右厚度的基土；Y40+2.5范圍內(nèi)主要是石炭系砂巖，表面具有受到風(fēng)化的砂礫，呈現(xiàn)出淺灰色，屬于間隙塊狀結(jié)構(gòu)。

3.2 本工程基礎(chǔ)方案比選

針對線路所經(jīng)地形特點(diǎn)，充分考慮下臥高壓縮性粉質(zhì)粘土、粘土層的不利影響并考慮到鐵塔跨度大、設(shè)計條件(荷載、變形、穩(wěn)定性等)要求高，以及洪水淹沒深度大、持續(xù)時間長等因素，針對不同塔型對本工程所考慮的基礎(chǔ)方案鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、板式直柱基礎(chǔ)以及微型樁基礎(chǔ)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

無論是直線塔還是耐張塔，在軟土地區(qū)，使用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)工程量較小且施工方便。采用大開挖板式基礎(chǔ)工程量較大，在地下水水位較高的地質(zhì)情況下降排水施工困難，施工費(fèi)用較高，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，在基坑開挖時還容易出現(xiàn)垮壁現(xiàn)象，施工質(zhì)量較難保證且容易出現(xiàn)基礎(chǔ)不均勻沉降，本次工程中直線塔跟耐張塔均不考慮采用板式直柱基礎(chǔ)。

另外，直線塔如采用微型樁基礎(chǔ)雖然混凝土量比鉆孔灌注樁基礎(chǔ)采用有所下降，但鋼筋量增加較多，因此在直線塔中不推薦應(yīng)用微型樁基礎(chǔ)。

對耐張塔來說，由于上部荷載中上拔力和水平力均較大，而且因轉(zhuǎn)角度數(shù)較大，拉壓腿受力差別較大，我們所選取對比的分別為為上拔控制以及下壓控制的基礎(chǔ)，可以看出無論是上拔控制還是下壓控制的基礎(chǔ)采用微型樁基礎(chǔ)在本體造價上與普通鉆孔灌注樁相比優(yōu)勢相當(dāng)明顯，這也體現(xiàn)出其較強(qiáng)的抗拔抗水平力的性能，相較于普通鉆孔灌注樁減少混凝土35%，減少鋼筋46%，本體造價減少約20%。對于下壓控制的基礎(chǔ)如采用微型樁基礎(chǔ)雖然本體造價會下降，但微型樁基礎(chǔ)樁數(shù)較多(36根)，對施工不利，施工費(fèi)用較高。另外，試驗(yàn)據(jù)研究表明，微型樁基礎(chǔ)其抗壓性能較差，在下壓力較大時基礎(chǔ)豎向位移較大。綜合施工等因素不推薦在壓腿中采用微型樁基礎(chǔ)。

總之，鐵塔是輸電線路工程中最為重要的組成部分之一，其基礎(chǔ)情況直接決定著鐵塔的施工質(zhì)量。在基礎(chǔ)選型和優(yōu)化設(shè)計時，要結(jié)合具體地質(zhì)及地形等條件，基礎(chǔ)型式選用合理優(yōu)化、降低造價，滿足工期、環(huán)保等要求，提升設(shè)計水平以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。

[1]謝廣采.±1100kV直流輸電線路基礎(chǔ)選型設(shè)計[J].山西建筑，2016，35：85-86.

[2]趙奎運(yùn)，王寒梅，肖宇.輸電線路常用基礎(chǔ)選型經(jīng)濟(jì)比較分析研究[J].中國電力企業(yè)管理，2016，01：94-96.