懸吊式插入角鋼操平找正方法

武俊義，宋岷山，賈崟，郎博宇

(1.北京送變電公司，北京市，102401；2.冀北電力公司，北京市，100053)

0 引言

不等高插入式基礎(chǔ)以其受力合理、對環(huán)境影響較小、施工開方量少等優(yōu)點，在山區(qū)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)中的應(yīng)用越來越多。與等高基礎(chǔ)插入角鋼相比，不等高基礎(chǔ)的插入角鋼定位操作相對比較困難，稍有不慎就可能造成基礎(chǔ)幾何尺寸超差，甚至返工。轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)在施工時，需將轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)受壓主角鋼插腿提高一定的高度，以保證架線后整基塔不向內(nèi)角側(cè)傾斜，為此需研究合理有效的施工方法，以保證既能提高受壓插腿又不至于使整基鐵塔扭轉(zhuǎn)超差。

1 插入角鋼施工方法

比較常用的插入角鋼操平找正的方法主要有3種［1-4］：(1)塔腿組合施工法。插入主角鋼與鐵塔最下段結(jié)構(gòu)組裝，整體進(jìn)行操平找正后，再加以臨時固定。(2)整體找正架施工法。利用整體找正架把鐵塔基礎(chǔ)4個腿的插入主角鋼連接成一個整體，并用“井”字形拉線將角鋼找正、固定。(3)單腿找正架施工法。將插入式主角鋼底端支撐或上端懸吊，在其上部和底部加裝調(diào)節(jié)裝置，使之能在空間三維方向細(xì)微變動，以達(dá)到設(shè)計要求參數(shù)。前2種方法適用于平原或丘陵地區(qū)的等高基礎(chǔ)施工，且要求塔材供應(yīng)及時，施工場地較大。優(yōu)點是角鋼操平找正簡單，不足之處是對現(xiàn)場施工場地要求較高，需配置大型找正架和大量支撐輔助材料及勞動力；第3種方法適用于等高或不等高基礎(chǔ)，操作靈活，所需施工輔助材料較少，尤其適用于山區(qū)材料運輸困難、施工場地有限的情況。

目前，針對山區(qū)地形條件差，材料運輸困難等特點，不等高基礎(chǔ)插入角鋼的定位大多采用底端支撐或上端懸吊等方式。底端支撐可以采用自制混凝土墊塊或安裝假腿等方式，此方式適用于基坑較淺、插入角鋼可以直接通過墊塊或假腿坐落于坑底的情況。對于基坑較深，而插腿設(shè)計較短的基礎(chǔ)，則宜采用上端懸吊法，即利用三角架懸吊角鋼，調(diào)整角鋼上下端的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行操平找正。

2 插入角鋼控制尺寸計算

插入角鋼操平找正主要是對基礎(chǔ)半根開、角鋼正側(cè)面坡比、角鋼外露長度、上頂點間相對高差和半根開進(jìn)行調(diào)整，使之符合設(shè)計和施工規(guī)范要求。常用的方法是：依據(jù)設(shè)計提供的基礎(chǔ)半根開、插入角鋼坡比、基礎(chǔ)頂面與中心樁基面高差、角鋼外露長度、角鋼準(zhǔn)線距離、預(yù)留高系數(shù)(對于轉(zhuǎn)角塔)等，求出上頂點半根開、上頂點與中心樁基面高差、基礎(chǔ)半根開(對于有預(yù)留高的情況)、下支點半根開等數(shù)據(jù)。本文基于有無預(yù)留高的條件，對插入角鋼基礎(chǔ)進(jìn)行關(guān)鍵控制點尺寸計算。

2.1 無預(yù)留高時角鋼控制尺寸

以基礎(chǔ)中心鉛垂線為z軸、以順線路方向為y軸、以橫線路方向為x軸建立坐標(biāo)系，如圖1所示。為保證圖示各量數(shù)學(xué)模型與物理意義相符，規(guī)定x軸、y軸只表達(dá)量的絕對數(shù)值，不區(qū)分正負(fù)號。

圖1 無預(yù)留高插入主角鋼D腿正側(cè)面示意Fig.1 Schem atic diagram of D leg's front and side of inserted angle-steel without reserved height

以圖1中D腿處于基礎(chǔ)中心樁上方為例，其各控制點尺寸計算公式為

式(1)～(3)中：xds、yds分別為D腿上頂點正、側(cè)面半根開，mm；xdj、ydj分別為D腿基礎(chǔ)正、側(cè)面半根開，mm；e為角鋼的準(zhǔn)線距離，mm；l1為角鋼外露長度，mm；zds為D腿上頂點與中心樁間水平距離，mm；hds、hdj分別為上頂點、基礎(chǔ)頂面與中心樁基面間的垂直距離，mm；α、β分別為角鋼正側(cè)面傾斜角，(°)；a、b分別為角鋼正側(cè)面(單面)的坡比。

2.2 有預(yù)留高時角鋼控制尺寸

依據(jù)文獻(xiàn)［6］的規(guī)定，轉(zhuǎn)角塔在架線后不應(yīng)向內(nèi)角側(cè)傾斜，因此在基礎(chǔ)施工時需要對轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)的基礎(chǔ)預(yù)留一定的高度。為滿足規(guī)范要求，可以采用基礎(chǔ)中心旋轉(zhuǎn)法，使基礎(chǔ)4條腿在以基礎(chǔ)中心鉛垂線為z軸、以線路水平轉(zhuǎn)角二等分線為y軸、以內(nèi)角二等分線為x軸的坐標(biāo)系中，以z軸為旋轉(zhuǎn)軸，整體向轉(zhuǎn)角外側(cè)旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)內(nèi)角側(cè)塔腿基礎(chǔ)提高一定高度，同時使轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)外角側(cè)塔腿基礎(chǔ)降低一定高度。

2.2.1 極坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)法

假設(shè)圖1中插入主角鋼有預(yù)留高，A、B為受拉腿，C、D腿為受壓腿，A、D腿基礎(chǔ)頂面均不低于基礎(chǔ)中心樁，則可采用極坐標(biāo)方法［7-9］對D腿進(jìn)行計算。

以通過基礎(chǔ)中心樁的鉛垂面及水平面，建立坐標(biāo)系，在xz平面內(nèi)，未對D腿進(jìn)行預(yù)留高時，D腿角鋼上頂點正面的極坐標(biāo)為

預(yù)留高后的極坐標(biāo)為

式(4)～(5)中：δ=arctanγ，為預(yù)偏角度，當(dāng)計算的插腿為受壓腿時，δ取“+”值，反之為受拉腿時，δ取“－”值；θ及θ'取值范圍為0°～90°；γ為基礎(chǔ)預(yù)留高系數(shù)，由設(shè)計給定。

根據(jù)預(yù)留高前后極坐標(biāo)求出D腿上頂點正面在水平、垂直方向上的偏移量，分別為

由公式(6)～(7)可以計算得到D腿基礎(chǔ)頂面角鋼正面的偏移量Δxdj和其他插腿的水平、垂直偏移量(受拉腿水平偏移和受壓腿的垂直偏移為“+”，受拉腿垂直偏移和受壓腿的水平偏移為“－”)。

通過水平和垂直方向的偏移量可以確定預(yù)留高后的各腿基礎(chǔ)及上頂點正面半根開和各腿上頂點與中心樁、基礎(chǔ)頂面與中心樁的垂直距離。需要說明的是，上頂點和基礎(chǔ)的側(cè)面半根開在預(yù)留高前后無變化。

為使計算方便，對于不等高插入式基礎(chǔ)在某些地形中，主角鋼插腿位于基礎(chǔ)中心樁以下的情況，在建立坐標(biāo)系時可以將坐標(biāo)系整體下移，使最低插腿的基礎(chǔ)頂點位于z軸上方。

2.2.2 簡化計算方法

上節(jié)介紹的是一種精確的插入式主角鋼控制數(shù)據(jù)計算方法，在實際工程中還可以采用另一種既滿足施工精度要求又可簡化計算的方法，即在設(shè)計給定各腿基礎(chǔ)半根開的基礎(chǔ)上，增大內(nèi)角側(cè)(受壓腿)角鋼正面坡比，側(cè)面坡比不變，減小外角側(cè)(受拉腿)角鋼的正面坡比，側(cè)面坡比不變［10-11］，分別計算出插入式主角鋼上頂點和下支點的半根開尺寸。

插入式角鋼正面坡比的增大量(或減小量)，應(yīng)根據(jù)鐵塔水平轉(zhuǎn)角度數(shù)大小由設(shè)計確定。一般情況下，將鐵塔水平轉(zhuǎn)角度數(shù)分為0°～30°、30°～60°和60°～90°3個段，其坡比調(diào)整量分別取0.3％、0.6％和0.9％。

對受拉插腿A和受壓插腿D進(jìn)行推導(dǎo)，則A、D腿的預(yù)留高計算公式為

式(8)～(10)中：xaj、xdj分別為A、D腿基礎(chǔ)半根開，mm；Δha、Δhd分別為A、D腿的基礎(chǔ)預(yù)留高，mm；Δhda為A、D腿基礎(chǔ)預(yù)留高值差值，mm。

A、D腿插入式主角鋼預(yù)偏后的正面傾斜角為

式中：αdN、αaN分別為 D腿、A腿的角鋼正面傾斜角，(°)。

其他各量的計算公式與無預(yù)留高時基本相同，把式(1)中的α分別用αdN、αaN代換，即可分別求出A、D腿插入式主角鋼預(yù)偏后上頂點的正面半根開控制尺寸xas和xds。

3 操作方法

3.1 插入角鋼懸吊法

首先在基礎(chǔ)坑口架設(shè)三角吊架，然后用手扳葫蘆將插入式主角鋼懸掛起來(圖2)；再在主角鋼上端以角鋼內(nèi)角側(cè)方向安裝2個互成90°的可調(diào)式支撐桿［圖3(a)］，可調(diào)式支撐桿用鋼釬固定在基礎(chǔ)坑口外緣的地面上；在主角鋼下端安裝2個與上端可調(diào)式支撐桿相對應(yīng)的花蘭螺栓［安裝在角鋼下端外角側(cè)，如3(b)所示］，其一頭固定在主角鋼下端，另一頭固定在基礎(chǔ)主筋上；通過收緊或放松手扳葫蘆控制主角鋼外露高度，同時旋出或收進(jìn)主角鋼上端可調(diào)式支撐桿和主角鋼下端的花蘭螺栓，使主角鋼各部位尺寸與設(shè)計數(shù)據(jù)相符。主要控制部位有：主角鋼上頂點半根開，主角鋼正、側(cè)面坡比，各腿主角鋼上頂點間相對高差，主角鋼扭轉(zhuǎn)、整基基礎(chǔ)扭轉(zhuǎn)。

3.2 操作步驟

(1)將經(jīng)緯儀置于基礎(chǔ)中心樁，前視線路方向樁，并置0°水平角。以主角鋼上頂點正、側(cè)面半根開，計算出主角鋼上頂點控制角度，并以此確定出主角鋼上頂點方向，鎖定經(jīng)緯儀水平度盤。

(2)在基坑上架設(shè)三角架并采取穩(wěn)固防滑措施。用手扳葫蘆懸吊插入式主角鋼，并利用手扳葫蘆粗調(diào)主角鋼外露高度。

(3)將可調(diào)式支撐桿安裝在插腿上端，并移動主角鋼上頂點沿經(jīng)緯儀視線方向移動，同時測控主角鋼上頂點距中心樁的水平距離和外露高度，當(dāng)接近設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，用鋼釬固定可調(diào)式支撐桿下端。

(4)主角鋼下端的外角側(cè)用花蘭螺栓與基礎(chǔ)立柱主筋連接。調(diào)節(jié)花蘭螺栓，使插入主角鋼坡比符合設(shè)計值，用8號鐵線固定主角鋼下端內(nèi)角側(cè)。

(5)在角鋼上端和身部纏繞老弦，老弦斜邊取中畫印。調(diào)整角鋼方向，使角鋼上頂點、老弦斜邊中點與經(jīng)緯儀視線重合，以保證主角鋼扭轉(zhuǎn)達(dá)標(biāo)。

(6)綜合調(diào)整手扳葫蘆和主角鋼上端可調(diào)式支撐桿及主角鋼下端花蘭螺栓，使角鋼上頂點根開，正側(cè)面坡比和主角鋼外露長度、相對高差和主角鋼扭轉(zhuǎn)與設(shè)計相符。插入式基礎(chǔ)尺寸允許偏差見表1。若需優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，則取表中值的80％［12］。

表1 鐵塔基礎(chǔ)尺寸允許偏差Tab.1 A llowable deviation of tower foundation

3.3 操作注意事項

(1)基礎(chǔ)支模找正前，首先要檢查基坑尺寸、基面標(biāo)高、主角鋼規(guī)格、綁筋制籠質(zhì)量等項目。

(2)基礎(chǔ)有預(yù)留高時，受壓腿正面坡比變大，受拉腿正面坡比變小，受拉和受壓腿的側(cè)面坡比不變。

(3)采用單腿支模找正時，每基基礎(chǔ)的第1條插腿不考慮相對高差，只要施工基面標(biāo)高與設(shè)計數(shù)據(jù)相符即可，其他插腿支模時要考慮與第1條插腿的相對高差，還應(yīng)考慮預(yù)留高。

(4)在基礎(chǔ)澆注混凝土過程中應(yīng)采取防主角鋼沖撞措施。整個澆注過程應(yīng)經(jīng)常復(fù)核主角鋼關(guān)鍵控制點尺寸，必要時及時調(diào)整。

4 計算實例

以錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路工程川1標(biāo)段中2基不等高插入角鋼基礎(chǔ)的實際數(shù)據(jù)為例，支模找正計算結(jié)果見表2。

表2 不等高插入式基礎(chǔ)支模找正數(shù)據(jù)Tab.2 Alignment data of unequal height inserted foundation

采用極坐標(biāo)法對JC30102A型轉(zhuǎn)角塔(右轉(zhuǎn)38°30')基礎(chǔ)找正數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，預(yù)留高系數(shù)為0.006。其A、B腿水平偏移為2、11 mm，垂直偏移為－39、－40 mm；C、D腿水平偏移為－19、－19 mm，垂直偏移為36、36 mm。通過大量計算可得，當(dāng)采用極坐標(biāo)法進(jìn)行有預(yù)留高計算時，各腿同一高度處的偏移值的絕對量是相同的。從表2中可以看出采用極坐標(biāo)法和簡化方法計算出的數(shù)據(jù)有細(xì)微的差別，施工實踐表明，2種方法都能滿足驗收規(guī)范預(yù)偏要求。

5 結(jié)語

懸吊式插入角鋼操平找正方法，已成功應(yīng)用于向家壩—上海和錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路工程川1標(biāo)段中。該方法改變了傳統(tǒng)施工方法中安裝整體找正架或同期安裝塔腿整體找正或通過墊塊或假腿來支撐角鋼進(jìn)行整體或單腿找正方式，通過用三角架懸吊主角鋼方式省去了加工假腿或墊塊的環(huán)節(jié)，從而有效地提高了施工效率，節(jié)約了施工材料，減少人員投入，降低了工程成本。懸吊式插入角鋼操平找正方法重點解決了基坑較深、插腿較短的基礎(chǔ)型式的插入角鋼支模找正技術(shù)難題，開辟了插入式基礎(chǔ)找正方法的新途徑，值得在輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工中推廣應(yīng)用。

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