試論輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)及其優(yōu)化

宋軼充

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展需求也在不斷提高。因此，我國(guó)的輸電線路鐵塔行業(yè)在近些年來有著飛速的發(fā)展。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，我國(guó)輸電線路鐵塔的銷售收入在近幾年增長(zhǎng)了近40%，整體處于高速發(fā)展時(shí)期。該文對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并提出一些優(yōu)化意見與建議，希望能夠?yàn)槲覈?guó)輸電線路的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：輸電線路 鐵塔基礎(chǔ) 選型設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（b）-0077-02

如今我國(guó)的各類生產(chǎn)活動(dòng)與城市化建設(shè)都在高速發(fā)展的進(jìn)程中，其對(duì)于電力的需求極大，故而近些年來我國(guó)輸電線路的建設(shè)正在如火如荼地開展著。而輸電線路往往需要高壓鐵塔進(jìn)行支撐，否則將使輸電線下垂，容易發(fā)生各類安全事故或是影響輸電線路整體的正常運(yùn)行。當(dāng)下我國(guó)的輸電線路總跨度正在不斷增加，這對(duì)于高壓鐵塔的要求也越來越高。線路總長(zhǎng)增加則意味著線路的總重量也將隨之增加，如果高壓鐵塔的承重能力不能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)嚴(yán)重影響到輸電線路的安全性與穩(wěn)定性。因此，我們必須針對(duì)輸電線路鐵塔的基礎(chǔ)選型做好充分準(zhǔn)備工作，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使之能夠適應(yīng)輸電線路的進(jìn)一步發(fā)展。

1 影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素

雖然輸電線路鐵塔對(duì)輸電線路的整體穩(wěn)定性有著極為重要的作用，但是鐵塔的基礎(chǔ)非常容易受到各類人為施工因素、施工環(huán)境因素以及特殊因素的影響。鐵塔基礎(chǔ)直接決定了鐵塔的穩(wěn)定性以及承載能力，因此，我們必須針對(duì)這些可能對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)造成影響的因素采取相應(yīng)的防治措施，而要想達(dá)到這一步，便是需要確定所有可能對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)造成影響的因素。

輸電線路鐵塔的施工工藝相對(duì)較為復(fù)雜，而且其所處的地理環(huán)境多變，因此，可能對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)造成影響的因素不能夠一概而論，對(duì)于不同的環(huán)境來說可能存在著截然不同的影響因素。但是對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，我們大致可以確定影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素主要有如下幾個(gè)方面：首先，施工技術(shù)因素。由于輸電線路鐵塔對(duì)于施工工藝的要求較高，如果施工技術(shù)不能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，如鐵塔基礎(chǔ)應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)生偏差，基礎(chǔ)型式選擇與實(shí)際工程情況不能較好匹配，鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中存在失誤或者是工程材料運(yùn)輸過程中受到損壞等都會(huì)對(duì)鐵塔基礎(chǔ)造成一定的影響。其次，施工環(huán)境因素。輸電線路鐵塔建設(shè)工程所處的地理位置需要依據(jù)線路走線來確定，地質(zhì)條件的不同往往會(huì)對(duì)工作人員的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的阻礙。例如：水文地質(zhì)情況、工程地質(zhì)情況等，如果在設(shè)計(jì)過程中沒有得到充分考慮，則可能會(huì)在施工過程中發(fā)生沉降、位移或是形變等問題。而這些問題都會(huì)對(duì)鐵塔基礎(chǔ)的性能造成影響。最后，特殊因素的影響。這一類影響因素一般都是非人為因素，發(fā)生較為突然且難以推斷出具體的發(fā)生時(shí)間與波及范圍，如大風(fēng)、強(qiáng)降水等自然天氣；滑坡、泥石流等自然災(zāi)害等[1]?？梢哉f特殊因素是影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)因素中最為棘手的一個(gè)，因?yàn)槿藗儾⒉荒軌蜃柚惯@一類自然災(zāi)害的發(fā)生，一般只能被動(dòng)地采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2 輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)及其優(yōu)化

輸電線路的架設(shè)需要考慮各地區(qū)人們生產(chǎn)生活的實(shí)際需要，故而所選取的路徑難以進(jìn)行更改，這也直接導(dǎo)致輸電線鐵塔所在位置經(jīng)常包含有各類復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。為了能夠保證輸電線路鐵塔的性能，便需要根據(jù)施工位置的實(shí)際情況進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)的受力特性分析，選擇最為適合的鐵塔基礎(chǔ)型式，對(duì)其安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行充分分析。

2.1 工程實(shí)例

某地恰好處于一條即將鋪設(shè)輸電線路的既定路徑中，為了能夠加強(qiáng)輸電線路的穩(wěn)定性，需要進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)的施工。為了能夠加強(qiáng)鐵塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性與安全性，在施工設(shè)計(jì)之前對(duì)當(dāng)?shù)氐耐翆又笜?biāo)進(jìn)行調(diào)查分析與測(cè)定，具體如表1所示[2]。根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)選型要求，該地的鐵塔基礎(chǔ)型式應(yīng)為聯(lián)合式，根據(jù)數(shù)據(jù)可以確定，基礎(chǔ)的受力層次為第二層，由此便可以進(jìn)行分析計(jì)算以確定鐵塔基礎(chǔ)的各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 鐵塔基礎(chǔ)受力分析

一般來說，影響到鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與選型的因素主要有如下兩個(gè)方面：其一，鐵塔基礎(chǔ)所在位置的土層物理指標(biāo)。輸電線路路徑是確定的，故而我們可以在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之前進(jìn)行分析測(cè)定。其二，鐵塔塔身與鐵塔基礎(chǔ)之間的受力情況與基礎(chǔ)變形規(guī)律。這一點(diǎn)可以通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定進(jìn)行總結(jié)歸納，之所以該地的鐵塔基礎(chǔ)選用聯(lián)合式，主要取決于當(dāng)?shù)氐耐翆有再|(zhì)，土層的受力層為粉砂，土質(zhì)軟弱。而聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)施工時(shí)需要對(duì)鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行整體澆制，較好地解決了這一問題。為了能夠較好地了解鐵塔的受力情況，一般都會(huì)采用ANSYS有限元軟件對(duì)聯(lián)合式基礎(chǔ)所需要承載的載荷進(jìn)行分析，這樣便可以得出鐵塔基礎(chǔ)各個(gè)位置所承受力的大小。鐵塔基礎(chǔ)為了能夠保證較強(qiáng)的穩(wěn)定性，往往需要使用鋼筋混凝土來進(jìn)行制作，而基礎(chǔ)材料的剛度如果與土壤材質(zhì)相差較大，則較為容易發(fā)生沉降或是位移。即使基礎(chǔ)沉降數(shù)值已經(jīng)非常大，應(yīng)力仍然會(huì)一直存在，從而加大對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響。而如果土壤層剛度也同樣較大，則非?？赡苁硅F塔基礎(chǔ)發(fā)生彎曲、壓縮等形變，如果形變量超出限定值，則會(huì)使基礎(chǔ)破碎裂解。故而，在承載層土質(zhì)較軟時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用聯(lián)合式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方式，除此之外，工作人員也需要根據(jù)土壤的具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以確定鐵塔基礎(chǔ)的尺寸、形狀等具體信息。

2.3 確定目標(biāo)函數(shù)

通過上述鐵塔基礎(chǔ)的受力分析可以清楚地了解到，能夠?qū)﹁F塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響的因素主要包括地質(zhì)條件與外力影響這兩個(gè)方面。通過對(duì)土層的調(diào)查分析與測(cè)定我們可以選擇出鐵塔基礎(chǔ)所應(yīng)該選用的型式，而一旦確定了基礎(chǔ)型式之后，便可以進(jìn)一步計(jì)算出相應(yīng)的載荷大小?？梢哉f，基礎(chǔ)的受力情況除了受到地質(zhì)因素的影響之外，更大程度上是受到了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。對(duì)此，我們采取如下的目標(biāo)參數(shù)：

fa=fak+ηor（B-3）+ηdrs（h1-0.5）

上述目標(biāo)函數(shù)公式中，fa為修正后的基礎(chǔ)承載能力特征值；fak為基礎(chǔ)的承載能力標(biāo)準(zhǔn)值；η0為基礎(chǔ)寬度的修正系數(shù)；ηd為基礎(chǔ)埋深的修正系數(shù)；r為埋土的總重量；B為基礎(chǔ)的寬度；rs為基礎(chǔ)上埋土的加權(quán)平均重量；h為埋深。由此我們可以看出，影響到設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)有很多，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前必須對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密測(cè)定，只有這樣才能夠讓鐵塔基礎(chǔ)的參數(shù)更加細(xì)致。

2.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

在該工程項(xiàng)目中之所以選擇聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)，最主要的原因便是它的穩(wěn)定性與安全性相較于其他的鐵塔基礎(chǔ)要更加優(yōu)異。加之該地的土質(zhì)松軟，限制條件較為苛刻，故應(yīng)選擇聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)型式。首先，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之前需要對(duì)基礎(chǔ)所需要承載的載荷進(jìn)行計(jì)算，而聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)的承載能力一般在實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)值的80%以下，這樣可以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性最優(yōu)化。其次，聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)埋深較淺，且整體由澆筑構(gòu)型，因此，該基礎(chǔ)型式可以方便排水，并且能夠讓土層頂層的硬質(zhì)層起到最好的固定作用，但是由于下層的土質(zhì)相對(duì)較為松軟，故而基礎(chǔ)很容易發(fā)生下沉位移，如果發(fā)生的是合理變形，那么在沉降與位移量達(dá)到一定限度值時(shí)便可以自動(dòng)調(diào)節(jié)至最優(yōu)情況，而如果是由于施工誤差造成的變形，則有可能對(duì)鐵塔整體造成極大的影響。最后，便是當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、氣候環(huán)境等都會(huì)對(duì)鐵塔的沉降位移產(chǎn)生影響，為了防止鐵塔基礎(chǔ)形變產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，需要在設(shè)計(jì)過程中將變形參數(shù)考慮到其中，保證最大壓力側(cè)變形幅值小于20 mm。

3 結(jié)語

鐵塔基礎(chǔ)是鐵塔穩(wěn)定性與安全性能的保障，因此，我們必須高度重視鐵塔基礎(chǔ)的選型設(shè)計(jì)。除此之外也需要針對(duì)可能存在的各種地質(zhì)問題、水文條件等對(duì)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。只有這樣才能夠得到最優(yōu)化的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)果，讓鐵塔整體的質(zhì)量達(dá)到新的高度。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜思存.輸電線路鐵塔基礎(chǔ)在沼澤地段的施工技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，2015（3）：46-49.

[2] 吳文烈，鄭惠錦，劉鵬，等.輸電線路鐵塔塔腳機(jī)器人焊接工藝方法及性能[J].焊接，2015（9）：41-44，75.