斜柱斜面輸電鐵塔基礎(chǔ)的計算要點及施工技術(shù)

馮軍驍

(遼寧省送變電工程公司，沈陽市110021)

1 斜柱斜面基礎(chǔ)介紹

在西北750 kV超高壓輸電線路工程的開挖回填類基礎(chǔ)中，廣泛采用了斜柱地腳螺栓基礎(chǔ)，多年實踐應(yīng)用以來，施工技術(shù)成熟，運行安全可靠，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效益［1-6］。本文參考相關(guān)計算手冊和標準進行斜柱斜面輸電鐵塔基礎(chǔ)的計算分析［7-9］。斜柱地腳螺栓基礎(chǔ)一般多為地腳螺栓火曲折彎錨固于傾斜的基礎(chǔ)立柱鋼筋混凝土中?；A(chǔ)斜立柱與插入角鋼式斜柱基礎(chǔ)相同，立柱頂面為水平面的正方形。塔腳板水平方向朝向基礎(chǔ)頂面，所以，此種基礎(chǔ)也稱為塔腳板水平布置的斜柱螺栓基礎(chǔ)，如圖1所示。

圖1 斜柱螺栓基礎(chǔ)示意圖Fig.1 Inclined bolt foundation

火曲折彎的地腳螺栓，雖然在頸部有4根補強鋼筋，但仍有可能因加工制造缺陷而降低螺栓強度。因此，在終端塔、轉(zhuǎn)角塔等受力大的塔型中，近年逐漸采用不折彎的直螺栓，基礎(chǔ)改型成為“斜柱斜面”基礎(chǔ)。此種基礎(chǔ)直地腳螺栓與立柱坡度一致，傾斜錨固于立柱鋼筋混凝土中。立柱頂面與斜立柱棱線垂直，不再水平而呈斜面。塔腳板傾斜方向朝向基礎(chǔ)頂面，所以，此種基礎(chǔ)也稱為塔腳板垂直布置的斜柱螺栓基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2 斜柱斜面螺栓基礎(chǔ)示意圖Fig.2 Bolt foundation with inclined column and oblique top surface

以上2圖的基礎(chǔ)均為四棱臺形底盤，也有正方體形底盤加臺階的設(shè)計。

值得注意的是:塔腳板與鐵塔主材的連接方式分為“座板式”和“靴板式”2種?！白迨健钡乃_板自帶短主材，鐵塔主材與其對接?！把グ迨健钡乃_板無短主材，鐵塔主材直接插入塔腳板。4個地腳螺栓時，“座板式”和“靴板式”的螺栓組合布置方式相同。8個地腳螺栓時，“座板式”和“靴板式”的螺栓組合布置方式則不同，“靴板式”的螺栓間距不等。

2 斜柱基礎(chǔ)的根開、坡度

無論是插入角鋼式還是地腳螺栓式(包括斜柱平面和斜柱斜面)的斜柱基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)根開(即立柱頂面中心處)與底盤中心根開均如圖3所示?；A(chǔ)四腿斜立柱的坡度與鐵塔四腿主材坡度一致，如圖4所示。

設(shè)基礎(chǔ)全高為H，則根開之間有如下關(guān)系:

綜合坡度與正、側(cè)面坡度的關(guān)系為

綜合斜長為

圖3 斜柱基礎(chǔ)根開示意圖Fig.3 Foundation of inclined column

圖4 斜柱基礎(chǔ)正側(cè)面坡度示意圖Fig.4 Positive side slope of inclined column foundation

3 斜柱斜面基礎(chǔ)的模板放樣計算

如圖5所示，由斜柱斜面基礎(chǔ)立柱模型圖可分解出外角兩面相同的模板(1)、(2)和內(nèi)角兩面相同的模板(3)、(4)。

根據(jù)柱頂中心O點與兩角點B、D等高的特性，可由垂高/綜合斜長=1/L的比例關(guān)系求得:

模板棱長②

由模板中標示的角度與坡度角α、β為對等角的關(guān)系，可求得模板的另外幾個邊長:

模板棱長①

模板棱長③

模板底邊長

圖5 斜柱斜面基礎(chǔ)立柱模型及模板放樣圖Fig.5 Column model and template of foundation with inclined column and oblique top surface

也可由頂面半對角線、水平線、棱長①構(gòu)成的直角三角形，利用綜合坡度角γ，求得

模板棱長①

結(jié)果與式(5)相同，棱長③的計算同理。

4 斜柱斜面基礎(chǔ)的立柱主筋放樣計算

如圖6所示，立柱主筋的幾何模型與模板的幾何模型相似，解析計算過程幾乎相同，只是在計算出主筋長度后，需要減去頂端和底端的鋼筋保護層厚度。計算中采用的原始數(shù)據(jù)為:立柱坡度α和β、基礎(chǔ)全高h、鋼筋籠的正方形邊長g。

假設(shè)立柱1圈共32根主筋，主筋間距為150 mm，即鋼筋籠邊長g=1 200 mm;主筋頂端保護層50 mm，底端保護層 90 mm;基礎(chǔ)全高 h=5 900 mm，基礎(chǔ)正側(cè)面坡度為tanα=tanβ=0.18。

則中間主筋長為X=h×L－140 mm=5 948 mm，最長主筋長為Y=X+g×tanα=6 164 mm，最短主筋長為Y=X－g×tanα=5 732 mm。

同理，也可由綜合坡度角γ求解最長主筋、最短主筋長度，結(jié)果相同。

圖6 立柱主筋幾何模型及解析圖Fig.6 Geometric model and analytic diagram of column’s main reinforcement

由以上最長、中間、最短3根主筋長度可求出鋼筋長度差分值為27 mm，則主筋的長度由短至長依次為1根5 732 mm、2根5 759 mm，2根5 786 mm，2根5 813 mm，以此類推其余為2根5 840 mm、2根5 867 mm、2根5 894 mm、2根5 921 mm、2根5 948 mm、2根5 975 mm、2根6 002 mm、2根6 029 mm、2根 6 056 mm、2根 6 083 mm、2根 6 110 mm、2根6 137 mm、1根6 164 mm。

5 斜柱斜面基礎(chǔ)的支模找正計算

如圖7所示，常規(guī)的“斜柱平面”基礎(chǔ)在支模找正時，只需要將儀器架在中心樁O'處，鏡頭對準方向樁，再轉(zhuǎn)動相應(yīng)的45°，再由基礎(chǔ)根開對角線加減相應(yīng)的距離，測量后即可對相應(yīng)的關(guān)鍵點位進行找正，以達到支模的水平位置準確。標高則由被測量點位與中心樁處的相對高差來控制。如環(huán)形螺栓定位板的定位印記點K'找正時，只需先由螺栓分布半徑M'K'和基礎(chǔ)半根開對角線O'M'求出:D1'=O'K'=O'M'－M'K'。也可由 O'J'和 J'N1'直接求出 O'N1'和O'N2'，直接測量O'N1'和O'N2'而找正螺栓內(nèi)角位置。外角位置找正方法相同。

圖7 斜柱平面基礎(chǔ)支模找正示意圖Fig.7 Formwork positioning of foundation with inclined column and level top surface

如圖8，斜柱斜面基礎(chǔ)在支模找正時則稍有難度，需要找正的立柱模板內(nèi)、外角點不處于同一水平面，8根螺栓環(huán)形定位板上的內(nèi)、外印記點也不處于同一水平面。從俯視平面圖可以看出:模板上平面投影為一個菱形，環(huán)形定位板投影為一個橢圓形。

此時，則需要把立柱半對角線、螺栓找正印記點距離MK距離換算至水平面投影對應(yīng)的投影距離。由前文所述和圖7的正視立面圖可以得出，立柱上平面與水平面的夾角即為綜合坡度角γ，環(huán)形定位板平面與水平面的夾角也為綜合坡度角γ。

設(shè)基礎(chǔ)根開a=b，立柱斷面邊長為d，(座板式)螺栓分布半徑為R，(靴板式)螺栓分布半徑為R，螺栓間距為S1和S2。求得立柱內(nèi)、外角點位置為(以下均為水平距離):

圖8 斜柱斜面基礎(chǔ)支模找正示意圖Fig.8 Formwork positioning of foundation with inclined column and oblique top surface

環(huán)形定位板內(nèi)、外印記點位置為:

螺栓N1、N2連線的中點位置J與定位板中心M之間的水平投影距離為

螺栓N1、N2連線的中點位置J與螺栓N1、N2之間的水平距離為

螺栓N1、N2距中心樁O的水平距離為

其中，MJ、JN1用分座板式、靴板式分別代入。

立柱內(nèi)、外角點的高差為

內(nèi)角兩螺栓與外角兩螺栓間的高差為

同理，任意2組對應(yīng)螺栓間的高差，均可由其在中心樁方向的斜面距離乘sinγ求得。

6 施工技術(shù)要點

如上所述，“斜柱斜面”基礎(chǔ)的施工技術(shù)要點總結(jié)如下。

(1)計算并加工好立柱異形模板。

(2)計算并放樣加工好立柱不等長主筋，按順序捆扎并標記。

(3)加工固定螺栓的環(huán)形定位板。

(4)現(xiàn)場綁扎底盤鋼筋并找正，按順序取用綁扎立柱不等長主筋并找正。

(5)現(xiàn)場支模找正底盤(臺階)、立柱模板，并補強加固結(jié)實，支撐牢固可靠。

(6)8根地腳螺栓整體焊接固定。用吊車整體吊裝下入立柱模板，并將環(huán)形定位板及支架在立柱模板上固定好。單個逐根下入螺栓會大大增加找正的難度，不推薦。

(7)計算測量好里角兩螺栓與外角兩螺栓的高差，整體控制好8根螺栓的露出高度。

(8)調(diào)整好螺栓坡度、位置、高度后，在其底部可輔助用鐵線與鋼筋籠綁扎固定。

(9)四腿螺栓的高差要一一對應(yīng)多次測量，調(diào)整精確。測量時要按設(shè)計要求保留相應(yīng)的轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)預(yù)高值，各種距離、高差要多次檢查。

(10)立柱頂部混凝土坍落度不宜過大，頂部收面要及時反復收光抹平，多次收抹最終形成斜面。抹面過程中用螺栓露出高度控制好立柱混凝土面的精確高度。

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