輸電線路鐵塔和基礎(chǔ)型式選擇優(yōu)化

聶旭初　王苗苗

【摘??要】在當(dāng)下社會(huì)發(fā)展以及人民需求不斷增加的情況下，給電力企業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，在電力傳輸時(shí)，輸電線路的鐵塔負(fù)擔(dān)著線路的質(zhì)量，因此鐵塔設(shè)計(jì)也是線路鋪設(shè)時(shí)需要考慮的重點(diǎn)。在進(jìn)行鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)需要注意結(jié)合環(huán)境和設(shè)計(jì)因素綜合考慮，避免在輸電過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)輸電鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探討以及研究，為鐵塔設(shè)計(jì)提出一些參考意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì);輸電線路;型式選擇;優(yōu)化

輸電鐵塔通常由塔頭、塔腿以及基礎(chǔ)三個(gè)部分構(gòu)成，在轉(zhuǎn)角塔、終端塔、跨越塔中通常會(huì)因?yàn)樽陨碓O(shè)計(jì)作用的不同而出現(xiàn)多種外形形狀。鐵塔和基礎(chǔ)共同作用承擔(dān)導(dǎo)地線和其他負(fù)荷，在輸電線路工程中占有絕對(duì)重要的地位，因此要重視型式的選擇和優(yōu)化。

1鐵塔設(shè)計(jì)

1.1??鐵塔設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

國(guó)內(nèi)的鐵塔基礎(chǔ)工程中，通常會(huì)考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的影響。在鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到下列的一些因素：

第一，注意安全運(yùn)行的原則。輸電線路的鐵塔設(shè)計(jì)，首先需要保證輸電線路的整體運(yùn)行安全和穩(wěn)定，其次再保證環(huán)保等多種因素。

第二，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到本身的成本問(wèn)題。鐵塔設(shè)計(jì)要在滿足供電需求和安全運(yùn)行的前提下，盡量降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

第三，需要注意施工現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)以及周圍環(huán)境的維護(hù)。

第四，根據(jù)工程需求確定鐵塔型式后，進(jìn)行荷載工況組合，需要考慮大風(fēng)、覆冰、低溫、斷線、安裝、不均勻冰以及“三跨”驗(yàn)算等工況，特別重要的塔型還要考慮地震等特殊工況。

1.2??鐵塔設(shè)計(jì)優(yōu)化

鐵塔優(yōu)化包括橫擔(dān)優(yōu)化、塔身口寬和坡度優(yōu)化、結(jié)構(gòu)布置和節(jié)間優(yōu)化等。

橫擔(dān)優(yōu)化：根據(jù)不同的塔型采取不同的優(yōu)化方案，有型式優(yōu)化和尺寸優(yōu)化等。

塔身口寬和坡度優(yōu)化：上部塔身的坡度較小，其口寬及坡度在小范圍內(nèi)變化對(duì)塔重及基礎(chǔ)作用力影響均很小，因此，桿塔單基指標(biāo)的降低重點(diǎn)在于優(yōu)化下部塔身坡度及瓶口寬度。在優(yōu)化瓶口寬度及根開(kāi)大?。ㄋ砥露龋r(shí)，應(yīng)在合理的范圍內(nèi)取值。瓶口寬度越小，塔頭剛度就越小，桿塔變形就越大，頭部塔身主、斜材內(nèi)力也越大，塔重增加;但瓶口寬度大到一定程度，桿塔反而又會(huì)越來(lái)越重。因此，塔身優(yōu)化一定要在保證桿塔整體剛度的前提下，獲得較優(yōu)的塔重指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)布置和節(jié)間優(yōu)化：節(jié)間長(zhǎng)度的確定受到臨界計(jì)算長(zhǎng)度、塔身的分段、接腿及外形尺寸等因素的制約，同時(shí)考慮到節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)斜材、輔助材的影響以及腹桿布置形式對(duì)主材的內(nèi)力影響，往往很難理想地使主材長(zhǎng)度達(dá)到按穩(wěn)定計(jì)算的承載力等于按強(qiáng)度計(jì)算的承載力。因此在進(jìn)行節(jié)間長(zhǎng)度分段優(yōu)化時(shí)，應(yīng)綜合考慮多種因素的影響，以臨界計(jì)算長(zhǎng)度為參考，同時(shí)考慮塔身布置、桿件應(yīng)力比等因素，合理選擇最優(yōu)的長(zhǎng)度。

2輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1基礎(chǔ)型式選擇

桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是指在已知地質(zhì)及荷載等條件下通過(guò)一系列計(jì)算來(lái)選擇合適的桿塔基礎(chǔ)類型，確定基礎(chǔ)最佳尺寸的全過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮下列因素。

⑴?地質(zhì)條件

地質(zhì)條件是桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，主要包括塔位的地質(zhì)情況、土（巖）種類、原狀土層分布和應(yīng)力狀態(tài)、地下水位情況以及施工過(guò)程地基土（巖）的變化特性等，地基土（巖）的工程評(píng)價(jià)是正確進(jìn)行桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

⑵?荷載特性

荷載特性是桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)的主要變量，主要包括荷載的大小、分布和偏心程度等。

⑶?施工因素

在輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮施工單位的機(jī)械及技術(shù)裝備能力、施工過(guò)程中的運(yùn)輸條件和材料供應(yīng)情況，確保基礎(chǔ)施工過(guò)程的連續(xù)性、快速性和施工質(zhì)量滿足使用要求。

⑷?環(huán)境保護(hù)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)輸電線路建設(shè)過(guò)程中環(huán)境保護(hù)方面提出了更高的要求，合理選擇基礎(chǔ)型式和設(shè)計(jì)塔位施工基面，做到少開(kāi)塔位施工基面，以減少余土和邊坡的防護(hù)，降低工程造價(jià)，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)我國(guó)目前超高壓輸電線路桿塔基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)狀，在基礎(chǔ)方案選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面：

（1）應(yīng)盡可能采取合理的結(jié)構(gòu)型式，降低水平力和彎矩對(duì)基礎(chǔ)的影響，改善基礎(chǔ)受力狀態(tài)。

（2）應(yīng)盡可能充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好力學(xué)性能，因地制宜采用原狀土基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

（4）應(yīng)注重施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性，重視施工過(guò)程的安全性。

結(jié)合具體的地形、地貌、水文地質(zhì)條件，建議的基礎(chǔ)型式如下：

（1）對(duì)平原有水軟弱土地基，基礎(chǔ)作用力較小時(shí)采用灌注樁單樁基礎(chǔ)、板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)作用力較大的桿塔宜采用灌注樁群樁基礎(chǔ)、PHC管樁基礎(chǔ)。

（2）對(duì)平原有水普通土地基區(qū)段的塔位，作用力較小時(shí)優(yōu)先推薦采用灌注樁單樁基礎(chǔ)，作用力較大的桿塔，推薦采用灌注樁群樁基礎(chǔ)、PHC管樁基礎(chǔ)。

（3）對(duì)低山丘陵細(xì)粒土地基區(qū)段的塔位，當(dāng)塔基地形平緩時(shí)優(yōu)先推薦采用挖孔基礎(chǔ)，其次考慮采用掏挖基礎(chǔ);當(dāng)桿塔荷載較大或塔基地形陡峭時(shí)宜采用挖孔基礎(chǔ)。

（4）對(duì)于丘陵、低山區(qū)下伏風(fēng)化巖石地基，推薦采用巖石錨桿基礎(chǔ)、巖石嵌固基礎(chǔ)，地形陡峭區(qū)域根據(jù)經(jīng)濟(jì)性也可采用挖孔基礎(chǔ)。

（5）跨河地區(qū)推薦采用灌注樁單樁及灌注樁群樁基礎(chǔ)，對(duì)灌注樁群樁基礎(chǔ)應(yīng)結(jié)合水文相關(guān)要求，選擇低樁或高樁承臺(tái)。

2.2輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

在基礎(chǔ)型式確定的條件下，基礎(chǔ)優(yōu)化包括基礎(chǔ)材料的選擇、基礎(chǔ)尺寸的優(yōu)化及鐵塔與基礎(chǔ)連接方式的優(yōu)化。

板式基礎(chǔ)優(yōu)化包括：基礎(chǔ)主柱寬、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)底板寬及底板厚等。

挖孔類基礎(chǔ)優(yōu)化：（1）對(duì)土類地基，在滿足位移要求下，挖孔基礎(chǔ)采取擴(kuò)底措施，擴(kuò)底端直徑與樁身直徑比D/d直線塔宜取1.5左右，耐張塔宜取2.0左右，具體取值根據(jù)承載力要求及擴(kuò)底端部側(cè)面和樁端持力層土性確定。長(zhǎng)徑比L/d取值應(yīng)受水平位移和人工開(kāi)挖活動(dòng)限制，不宜過(guò)大。（2）對(duì)風(fēng)化巖石類地基，在滿足位移要求下，對(duì)于直線塔，擴(kuò)底端直徑與樁身直徑比D/d為1.0與1.5時(shí)相差不大，因此考慮施工便利，直線塔挖孔樁基礎(chǔ)可取消擴(kuò)大頭;對(duì)于耐張塔，具體取值根據(jù)承載力要求及擴(kuò)底端部側(cè)面和樁端持力層土性確定，必要時(shí)也可取消端部擴(kuò)大頭。

對(duì)于灌注樁基礎(chǔ)，推薦采用承臺(tái)45°擺放+立柱偏心的基礎(chǔ)型式，偏心量根據(jù)桿塔作用力的大小來(lái)優(yōu)化取值，并通過(guò)計(jì)算對(duì)比確定合理的布樁方案。

對(duì)于采用地腳螺栓與鐵塔連接的直柱基礎(chǔ)，推薦對(duì)地腳螺栓進(jìn)行一定的預(yù)偏心，使下壓或上拔力產(chǎn)生的彎矩抵消部分水平力產(chǎn)生的彎矩，改善立柱及基底受力，從而降低基礎(chǔ)混凝土量和鋼筋量。

3結(jié)語(yǔ)

鐵塔的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)通常在總成本上占據(jù)較大比例，所以鐵塔的設(shè)計(jì)過(guò)程一直處于重要的地位，整個(gè)鐵塔的結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量關(guān)系到日后的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)線路結(jié)構(gòu)以及鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法優(yōu)化設(shè)計(jì)之后所得出的結(jié)論如下：在設(shè)計(jì)時(shí)需要不斷完善以及優(yōu)化鐵塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將鐵塔的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有效配合，從而發(fā)揮出更好的效能，保證線路的整體運(yùn)行穩(wěn)定和安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳志.輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)傾斜檢查方法[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（11）：153-154.

[2]熊曉雨.架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（34）：84.

[3]林智偉.輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的實(shí)踐[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（17）：84-85.

[4]楊勇.輸電線路跨越塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法[J].通信電源技術(shù)，2018，35（04）：168-169.

（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司）