拉盤式基礎(chǔ)在輸電線路中應(yīng)用分析

張文濤

（東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130021）

在輸電線路工程中，鐵塔基礎(chǔ)基本上采用以下幾種形式：現(xiàn)澆臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)、巖石基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)（等徑灌注樁及掏挖樁）、預(yù)制鋼筋混凝土裝配式基礎(chǔ)、爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)和金屬基礎(chǔ)。其中預(yù)制鋼筋混凝土裝配式基礎(chǔ)、爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)和金屬基礎(chǔ)屬于特殊基礎(chǔ)，只有在特定地質(zhì)條件下，才能考慮采用。爆擴(kuò)樁基礎(chǔ)尚未解決施工后質(zhì)檢方法問題，近年來幾乎很少采用?，F(xiàn)澆臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)、巖石基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)是目前普遍采用的基礎(chǔ)。在一般輸電線路中應(yīng)用較多的還是現(xiàn)澆臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

現(xiàn)澆臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)，存在著用料多、體積大、工地運(yùn)輸量大、野外澆制環(huán)境差、受氣候影響、質(zhì)量不易保證等缺點(diǎn)，加之送電線路多經(jīng)由偏僻山區(qū)，使上述缺點(diǎn)更加突出，從而亟待推出一種新型基礎(chǔ)，克服現(xiàn)有基礎(chǔ)的不利因素，發(fā)揮其應(yīng)有的功能。

1 對(duì)現(xiàn)行基礎(chǔ)抗上拔土體積的計(jì)算分析

鐵塔基礎(chǔ)承受下壓力、上拔力及相應(yīng)水平力，對(duì)于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)，除了大轉(zhuǎn)角鐵塔轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)受壓基礎(chǔ)純受下壓力及相應(yīng)水平力外，絕大多數(shù)基礎(chǔ)的埋深、強(qiáng)度、幾何尺寸都是由上拔力及相應(yīng)水平力控制的。在現(xiàn)行架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定中［1］，除重力式基礎(chǔ)外，現(xiàn)澆臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)抗上拔力的能力大部分是由于上拔土體承擔(dān)的，當(dāng)ht≤hc時(shí)（ht為基礎(chǔ)的上拔深度，hc為基礎(chǔ)的上拔臨界深度），方形底板基礎(chǔ)底板上的倒截椎體計(jì)算公式為：

式中：Vt為ht深度內(nèi)抗上拔土體積；B為基礎(chǔ)底面寬度；α為土體計(jì)算上拔角［1］。

由于土體抗上拔角的存在，利用圖1的圖形，通過定性和定量的分析，便可從中找出規(guī)律。

圖1 基礎(chǔ)底板及拆分示意圖

圖1表示的圖形為面積相等的2個(gè)基礎(chǔ)底板平面圖，圖1b所示底板實(shí)際上是將圖1a底板分成4份拉開單元間隔ex距離。下面分析一下2種情況下抗上拔土體積的大小：上拔深度ht、土體計(jì)算上拔角α和單元間隔ex（ex≤2httanα）3個(gè)參數(shù)中，取任意2個(gè)參數(shù)不變，其中一個(gè)參數(shù)變大時(shí)，圖1b比圖1a抗上拔土體積增大差值也相應(yīng)增加。抗上拔土體積隨ht而增加的增大差值當(dāng)ht等于極限埋深時(shí)，隨ex而增加的土體體積增大差值ex＝2httanα達(dá)極大值?？傊?，由于土體上拔角α的影響，在基礎(chǔ)底板面積相等情況下，分若干單元拉開一定距離的單元體比做成整塊底板的抗上拔士體積大，分成的單元越多、抗上拔土體積越大，在ex≤2httanα范圍內(nèi)，ex、α、ht越大，抗上拔土體積增加越多。

將定量的數(shù)值代入公式（1）中，其結(jié)果就可以更清楚地看出圖1兩種情況抗上拔土體積差別之懸殊。圖l中a和b比較，設(shè)B＝3.6m、ht＝3.0m、α＝25°，則圖1中，α的抗上拔土體體積Vta＝76.9m3；b的抗上拔土體積Vtb＝130.6m3；Vtb／Vta＝1.7。

由此可見，采用土重法計(jì)算的普通臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，由于土體計(jì)算上拔角的存在，基礎(chǔ)底板做成大面積整體形式是不合算的，做成多單元有一定間隔的形式對(duì)提高土的抗拔力是有很大益處的。目前應(yīng)用的板條裝配式基礎(chǔ)就是其中的一例（見圖2）。

圖2 板條裝配式基礎(chǔ)示意圖

這種基礎(chǔ)不可能把每條板條的間隔拉的太大，達(dá)到ex＝2httanα 程度（鐵塔根開限制），即使能將每條板條的間隔ex拉得很大，從整個(gè)基礎(chǔ)來看也是不允許的，因?yàn)榘鍡l之間的剛性連接不再經(jīng)濟(jì)合理了，如果將上述幾個(gè)單元底板連成一體并升出地面與塔腳相連接，即可找出一種理想的基礎(chǔ)形式。

2 拉盤式基礎(chǔ)分析

根據(jù)現(xiàn)行的基礎(chǔ)模型，基礎(chǔ)承受上拔力和下壓力的功能是由同一結(jié)構(gòu)承擔(dān)的。對(duì)于一般地質(zhì)來說，基礎(chǔ)承受下壓力容易滿足，其主要控制條件是抵抗上拔力而需要加大基礎(chǔ)底盤或埋深，以保證有足夠的上拔力土體來滿足抗上拔的要求。由此可見，一般地質(zhì)條件下，同一基礎(chǔ)同時(shí)滿足拉壓及相應(yīng)的水平力是造成基礎(chǔ)用料多、造價(jià)高的最根本原因，因此，經(jīng)過多年的探索，將鐵塔基礎(chǔ)組合成一種拉壓分開的組合型系統(tǒng)——拉盤式基礎(chǔ)（見圖3）。

圖3 拉盤式基礎(chǔ)示意圖

拉盤式基礎(chǔ)由一個(gè)獨(dú)立的承壓基礎(chǔ)和4個(gè)承拉的拉盤組成拉壓系統(tǒng)，拉盤深埋，由其承受拉力和基礎(chǔ)處于受拉及受壓狀態(tài)下的水平力，承壓基礎(chǔ)淺埋由此承受壓力。由于下壓時(shí)的水平力由拉盤承擔(dān)，受壓基礎(chǔ)基本上是中心受壓，這樣基本上避免了基礎(chǔ)構(gòu)件承受彎距和偏心受壓的不利狀態(tài)。20 世紀(jì)80年代類似預(yù)制裝配式基礎(chǔ)曾在110kV 新安等個(gè)別輸電線路上應(yīng)用過，反應(yīng)良好，但此種基礎(chǔ)型式仍屬于預(yù)制裝配式基礎(chǔ)，照搬應(yīng)用于高電壓等級(jí)的線路上是無法滿足要求的。圖3所示拉盤式基礎(chǔ)是將受壓基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)澆制、拉盤采用預(yù)制的方法完成，在克服預(yù)制基礎(chǔ)造價(jià)高和變形大的缺點(diǎn)方面有了很大提高。拉盤式基礎(chǔ)拉壓系統(tǒng)基本互不兼顧，但對(duì)一般粉質(zhì)粘土及以上地質(zhì)條件下淺埋的承壓系統(tǒng)部分，混凝土用量大大減少，而承拉系統(tǒng)采用4個(gè)單元的拉盤和拉棒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使整個(gè)基礎(chǔ)用料明顯減少并降低造價(jià)。承拉系統(tǒng)變形問題可采取如下措施加以控制：承拉系統(tǒng)采用可調(diào)式，在基礎(chǔ)組裝過程中進(jìn)行預(yù)拉緊；利用原狀土的施工方法。在采取以上措施，精心施工，承拉系統(tǒng)的變形可控制在與現(xiàn)澆基礎(chǔ)相當(dāng)?shù)淖冃畏秶鷥?nèi)。

拉盤式基礎(chǔ)與功能相同的現(xiàn)澆臺(tái)階式鋼筋混凝土基礎(chǔ)相比較其特點(diǎn)如下：

a.混凝土用量小，減小土方開挖量及工地運(yùn)輸量；

b.可部分預(yù)制、裝配，施工方便，野外工作量小；

c.節(jié)省投資；

d.整個(gè)拉壓部分均可利用原狀土，極大地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論

拉盤式基礎(chǔ)改變了受壓部分的基礎(chǔ)形式和澆制方法，組成了一種新型拉壓分開的組合型基礎(chǔ)。受壓部分為現(xiàn)澆臺(tái)階基礎(chǔ)，受拉部分為預(yù)制拉盤，此類型基礎(chǔ)形式以完全預(yù)制裝配式方式已經(jīng)在110kV線路中應(yīng)用，積累了成熟的設(shè)計(jì)、加工、安裝及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但由于下壓力增大后受壓部分預(yù)制件較大，限制了該基礎(chǔ)在高電壓等級(jí)線路中的推廣應(yīng)用。拉盤式基礎(chǔ)與常用的現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)比，大大減少了混凝土用量，便于施工，節(jié)省投資，運(yùn)行安全可靠。拉盤式基礎(chǔ)在未來高電壓等級(jí)的輸電線路工程中應(yīng)用，將會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］DL／T 5219—2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.