不良地質(zhì)地段輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的合理選型設(shè)計(jì)探討

謝沛林

摘 要：輸電線路鐵塔是電力傳輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)施，隨著輸電線路鐵塔的應(yīng)用越來越廣泛，其在各種不良地質(zhì)地段中的應(yīng)用越來越多。由于在不良地質(zhì)地段中，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度比較高，因此需要對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行合理選型與設(shè)計(jì)。文章通過分析輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的受力規(guī)律，并結(jié)合實(shí)例對(duì)其基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：輸電線路；鐵塔基礎(chǔ)；不良地質(zhì)

中圖分類號(hào)：TU470 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）14-0098-02

作為輸電線路工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是保證鐵塔安全、穩(wěn)定使用的前提。在輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮地質(zhì)條件問題，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須要根據(jù)地質(zhì)的條件進(jìn)行，也只有根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)出輸電線路鐵塔基礎(chǔ)，才能有效保證鐵塔的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。但在實(shí)際的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，常常會(huì)遇到不良地質(zhì)問題的限制，這時(shí)需要對(duì)鐵塔基礎(chǔ)的受力特性進(jìn)行分析，以對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行合理選型，以保證其在不良地質(zhì)下的安全、穩(wěn)定使用。

1 工程實(shí)例分析

以我國(guó)某市的一個(gè)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)為例。該鐵塔基礎(chǔ)所處的土層有9層，其物理指標(biāo)如下：第一層為砂質(zhì)淤泥質(zhì)粉土，含水率為40.10%，密度為2.73 t/m3，飽和度為97.36%，液限為24.17%，塑限為14.74%，液性指數(shù)為0.81，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為3.2擊；第二層為粉砂，含水率為26.54%，密度為2.70 t/m3，飽和度為93.5%，液限為0.75%，塑限為6.2%，塑性指數(shù)為34.2，液性指數(shù)為93.5，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為9.1擊；第三層為砂質(zhì)淤泥質(zhì)粉土，含水率為30.35%，密度為2.71 t/m3，飽和度為97.56%，液限為27.65%，塑限為17%，塑性指數(shù)為10.5，液性指數(shù)為1.32，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為3.4擊；第四層為粉砂，含水率為30.11%，密度為2.70 t/m3，飽和度為97.45%，液限為25%，塑限為25%，塑性指數(shù)為9.5，液性指數(shù)為1.27，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為10.2擊；第五層為砂質(zhì)淤泥質(zhì)粉土，含水率為29.3%，密度為2.72 t/m3，飽和度為84%，液限為27.7%，塑限為19.3%，塑性指數(shù)為9.3，液性指數(shù)為0.94，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為7.4擊；第六層為淤泥質(zhì)粉土，含水率為30.5%，密度為2.71 t/m3，飽和度為96%，液限為30.3%，塑限為19.8%，塑性指數(shù)為10.5，液性指數(shù)為1.1，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為9.1擊；第七層為粉砂，含水率為23.50%，密度為2.70 t/m3，飽和度為94.3%，液限為26.9%，塑限為19.0%，塑性指數(shù)為8.0，液性指數(shù)為1.1，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為17.2擊；第八層為砂質(zhì)淤泥質(zhì)粉土，含水率為30.46%，密度為2.70 t/m3，液限為26.1%，塑限為21.5%，塑性指數(shù)為4.6，液性指數(shù)為1.92，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為17.1擊；第九層為粉砂與黏質(zhì)粉土，含水率為24.46%，密度為2.70 t/m3，飽和度為96.5%，液限為26.5%，塑限為17.6%，塑性指數(shù)為8.9，液性指數(shù)為1.92，標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)為15.8擊。

2 鐵塔基礎(chǔ)受力規(guī)律

為了將鐵塔基礎(chǔ)的受力規(guī)律分析出來，可采用有限元法對(duì)其受力規(guī)律進(jìn)行模擬，其材料參數(shù)定義為：混凝土的密度為2 700ρ/（kg/m3），彈性模量為2.5×107 E/kPa，泊松比為0.16 ？滋；而土體的密度為2 000ρ/（kg/m3），彈性模量為1.0×104 E/kPa，泊松比為0.45 ？滋；黏聚力為10 C/kPa，內(nèi)摩擦角為30 Φ/°。

采用有限元計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，從計(jì)算模擬圖中能分析出聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)在豎向荷載的影響下，其最大的垂直壓應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)在基礎(chǔ)的最底部，而最大拉應(yīng)力應(yīng)出現(xiàn)在基礎(chǔ)和地基土之間的接觸點(diǎn)上。由于基礎(chǔ)底部、臺(tái)階與土層基礎(chǔ)都存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此需要加大這些部位的配筋率，以避免出現(xiàn)混凝土開裂現(xiàn)象。而土體的最大位移同樣處于基礎(chǔ)底部，但隨著與底部中心土層的距離越遠(yuǎn)，且沉降位移量就越小，應(yīng)力在土中并不會(huì)由于土層的深入而消失。當(dāng)鐵塔線路必須要經(jīng)過軟弱土層時(shí)，必須要準(zhǔn)確計(jì)算出其土層的承載力，并確定合理的基礎(chǔ)底面尺寸。若遇到較硬土質(zhì)，鐵塔基礎(chǔ)的受力就會(huì)發(fā)生改變，容易產(chǎn)生下部受壓破壞情況，因此必須做好鐵塔基礎(chǔ)所處地質(zhì)的勘察，以避免鐵塔出現(xiàn)受壓破壞的情況。

3 輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的合理選型設(shè)計(jì)

當(dāng)選好鐵塔形式后，就可以確定出基礎(chǔ)荷載，而鐵塔基礎(chǔ)所處的地質(zhì)條件是基礎(chǔ)的形式及尺寸?？梢姡A(chǔ)受力土層的參數(shù)特性就是進(jìn)行基礎(chǔ)形式與尺寸選定的主要因素。其中，目標(biāo)函數(shù)確定為：

fa=fak+？耷b？酌（b-3）+？耷d？酌m（d-0.5）（1）

Pk≤fa （2）

其中，fa表示已經(jīng)修正的地基承載力特征值；fak代表地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；ηb表示寬度修正系數(shù)；？耷d代表深度修正系數(shù)；γ表示下土重度；b代表基礎(chǔ)寬度；？酌m表示土的加權(quán)平均重度；d代表基礎(chǔ)埋深；Pk表示基礎(chǔ)的自重力。

分析目標(biāo)函數(shù)不難發(fā)現(xiàn)，必須要加大對(duì)鐵塔基礎(chǔ)所處地質(zhì)的勘察，以合理確定基礎(chǔ)持力層，采用選擇合理的鐵塔基礎(chǔ)形式。根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)與目標(biāo)函數(shù)，對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的選型為聯(lián)合式基礎(chǔ)。同時(shí)根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)的土層特性，將第二層作為基礎(chǔ)持力層。該輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型為聯(lián)合式，以滿足淤泥地段的要求，相當(dāng)于其他的鐵塔基礎(chǔ)形式，聯(lián)合式基礎(chǔ)的受力性能更突出，且便于復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工。在進(jìn)行聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理控制地基承載力在設(shè)計(jì)值的80%以內(nèi)。在淤泥地段的聯(lián)合式鐵塔基礎(chǔ)最好的淺埋，不僅有利于排水，還能對(duì)地基的原狀土硬殼層進(jìn)行充分利用。由于鐵塔基礎(chǔ)在長(zhǎng)期的使用中，在荷載作用下，往往會(huì)出現(xiàn)沉降量積累的情況，因此必須要防止殘余變形的疊加，以防由于沉降不均勻而導(dǎo)致局部開裂。鐵塔基礎(chǔ)在第一次使用時(shí)，必須要先計(jì)算好地基變形量，合理控制最大壓力側(cè)的變形幅度在20 mm以內(nèi)。

4 對(duì)輸電線路鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)的建議

①由于鐵塔基礎(chǔ)形式的選擇與前期設(shè)計(jì)會(huì)影響其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，因此不僅要合理進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選型，還要進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)的合理選址。②雖然該鐵塔處于復(fù)雜的地質(zhì)條件下，但還要盡可能選擇地質(zhì)條件比較好的地段，盡量避開斷層地質(zhì)。這就要求在進(jìn)行基礎(chǔ)選擇時(shí)，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行全面、詳細(xì)的勘察，以選擇一處比較好的地質(zhì)進(jìn)行施工。③由于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的地質(zhì)含水率比較高，工作環(huán)境惡劣，容易對(duì)鐵塔基礎(chǔ)造成侵蝕。因此設(shè)計(jì)應(yīng)采用C30混凝土，并對(duì)一些外露的鋼構(gòu)件、鐵件表面采用無溶劑環(huán)氧涂料進(jìn)行噴涂，以起到防腐的作用。

5 結(jié) 語

該輸電線路鐵塔投入使用3年，無出現(xiàn)鐵塔動(dòng)搖、倒塌等情況，運(yùn)行效果良好。由此可見，在不良地質(zhì)條件下，通過對(duì)地質(zhì)進(jìn)行全面、充分的勘探，并根據(jù)鐵塔基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)與目標(biāo)函數(shù)，合理選出聯(lián)合式基礎(chǔ)，以保證輸電線路鐵塔的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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