輸電線路海岸立塔設(shè)計(jì)

付建明，李靖宇，劉巍

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟(jì)南250013）

輸電線路海岸立塔設(shè)計(jì)

付建明，李靖宇，劉巍

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟(jì)南250013）

依托華電萊州電廠500 kV線路送出工程，梳理了該工程海中立塔的設(shè)計(jì)過程。鐵塔采用鋼管結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，樁型采用后注漿灌注樁等。該工程兩年多的安全運(yùn)行表明，工程的設(shè)計(jì)方案是合理的，結(jié)構(gòu)型式安全、經(jīng)濟(jì)、可靠，為以后的類似工程提供設(shè)計(jì)參考。

海岸立塔；鋼管結(jié)構(gòu)；高樁承臺(tái)；后注漿灌注樁

1 工程概況

華電萊州電廠500 kV送出工程為全線雙回路架設(shè)，導(dǎo)線采用4×JL／LB20A-630／45型鋁包鋼芯鋁絞線，地線均為OPGW。根據(jù)山東電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，華電萊州電廠送出工程位于山東電網(wǎng)北部500 kV送電通道（500 kV濱州—油城—壽光—光州—棲霞—昆崳通道）上，該電廠的電力送出對于山東電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。電廠的北側(cè)和西側(cè)是萊州灣，根據(jù)電廠規(guī)劃，500 kV向西出線，然后折向南進(jìn)入陸地，需在海岸立塔。

2 設(shè)計(jì)資料

2.1 水文氣象資料

該工程所在海域?yàn)槿R州灣，位于山東半島西北，渤海南部，現(xiàn)代黃河三角洲的東南側(cè)，冬季受寒潮影響較大，氣候比較寒冷，夏季比較炎熱，具有顯著的大陸性氣候特征，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速為31 m／s。

萊州灣的潮汐類型屬于不正規(guī)混合半日潮，漲潮流方向?yàn)?24°～245°，落潮方向?yàn)?9°～78°，平均流速為0.29～0.37 m／s，最大可達(dá)0.8 m／s。

該工程塔位處天然沖刷深度0.5 m，局部及總沖刷深度詳見表1。

表1 塔位基礎(chǔ)沖刷深度m

該區(qū)域波浪主要受季風(fēng)影響，全海區(qū)的波浪以風(fēng)浪為主，頻率在80%以上。常浪向?yàn)镹NE，年出現(xiàn)頻率11%，最大波高H1%為3.9 m；次強(qiáng)浪向?yàn)镹W，最大波高H1%為3.8 m；最大波高H1%大于3.0 m的方位還有N、NNW、NW、WNW。

海水對混凝土結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有中等腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)有中等腐蝕性。

2.2 地質(zhì)資料

萊州灣海岸主要是基巖海岸，地基土層主要由中粗砂、花崗巖及其風(fēng)化層組成。

1）0.0～5.3 m層主要含棕黃色、淺黃色中砂，松散，飽和，局部混少量卵石塊及粗砂，夾淤泥質(zhì)粉土薄層或粉砂。

2）5.3～15.0 m層主要含黃褐色、淺黃褐花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化，主要礦物成分為斜長石、鉀長石、石英、黑云母等中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石粗砂狀、碎塊狀。

3）15.0 m以下層主要含黃褐色、淺黃褐花崗巖，中等風(fēng)化，主要礦物成分為斜長石、鉀長石、石英、黑云母等中粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育。

根據(jù)中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖［1］，塔位處地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g（對應(yīng)地震基本烈度為7度），地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s（對應(yīng)中硬場地）。

按DL／T 5122—2000《500 kV架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程》［2］第11.6條的要求，“當(dāng)抗震設(shè)防烈度≥7度，且場地內(nèi)分布有飽和砂土或飽和粉土?xí)r，應(yīng)判別場地土地震液化的可能性，并確定場地液化等級(jí)”。該工程有液化點(diǎn)存在，液化指數(shù)為20.6，液化等級(jí)為嚴(yán)重液化，最大液化點(diǎn)深度為5.3 m。

3 鐵塔設(shè)計(jì)

3.1 桿件的體型系數(shù)

圓管截面用于暴露在液流（如風(fēng)場或水流）中的結(jié)構(gòu)時(shí)，有顯著的優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示，圓管截面的阻力系數(shù)要遠(yuǎn)小于具有銳角的開口截面的阻力系數(shù)。根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［3］，角鋼構(gòu)件的體型系數(shù)為1.3，鋼管構(gòu)件的體型系數(shù)一般取值為0.85。

圖1 角鋼截面和鋼管截面風(fēng)流

鋼管結(jié)構(gòu)相較于角鋼結(jié)構(gòu)減小了風(fēng)載體型系數(shù)，降低了塔身風(fēng)荷載，在受風(fēng)荷載方面明顯優(yōu)于角鋼結(jié)構(gòu)型式。

3.2 鐵塔防腐

1993年由山東電力工程咨詢院有限公司（以下簡稱山東院）設(shè)計(jì)的220 kV龍招線，采用的是角鋼塔設(shè)計(jì)。由于地處海濱，鹽霧對鐵塔侵蝕非常嚴(yán)重，每隔8～10年均要對腐蝕嚴(yán)重材料進(jìn)行更換，對工程的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的隱患。工程實(shí)例照片見圖2。

圖2 工程實(shí)例照片

圓管截面從一個(gè)截面到另一個(gè)截面之間光滑過渡，沒有銳角，相對于具有銳角的角鋼截面而言具有較好的保護(hù)作用，可以延長涂層的防腐蝕周期。根據(jù)研究表明：在密封的管截面內(nèi)不可能發(fā)生內(nèi)部腐蝕。即使在沒有被完全密封的管截面內(nèi)，內(nèi)部腐蝕也非常有限。如果考慮未完全密封管截面內(nèi)水汽凝固，可以制作一個(gè)排水孔使水依靠重力排干。

由于華電萊州電廠送出工程的特殊性，在鐵塔材料截面形式的選擇上，宜選擇外形美觀、體型系數(shù)較小、抗腐蝕性能較強(qiáng)的鋼管結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，海水鹽霧腐蝕高度一般不超過10 m，該工程要求在鐵塔組立完畢后，自基礎(chǔ)頂面至10 m高度范圍內(nèi)在鍍鋅層外需刷鐵塔重銹防腐膠粘劑。

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

4.1 基礎(chǔ)型式

高樁承臺(tái)基礎(chǔ)是由樁和連接承臺(tái)共同組成的基礎(chǔ)型式，承臺(tái)高出水面，通過樁身將作用在基礎(chǔ)上的荷載傳至地基，常用于港口、碼頭、海洋工程等。根據(jù)海域的地質(zhì)條件，該工程基礎(chǔ)適合采用此基礎(chǔ)型式。

4.2 樁型的選擇

PHC管樁基礎(chǔ)。PHC管樁基礎(chǔ)具有單樁承載力高、施工速度快的特點(diǎn)，但是該工程5.3 m以下為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，且呈塊狀，故樁的入土深度較淺，不能滿足抗拔承載力的要求，故不采用該樁型。

沖（鉆）孔灌注樁。沖（鉆）孔灌注樁是最常用的一種樁型，其優(yōu)點(diǎn)很多：適用范圍廣，可用于多種復(fù)雜地質(zhì)條件；樁徑、樁長不受限制，不存在接樁的問題；施工工藝比較成熟，無需大型設(shè)備。同樣該樁型也存在缺點(diǎn)：為提高樁的抗拔能力只能通過增加樁數(shù)、增加樁徑或樁長，不能有效地改善樁土效應(yīng)。

后注漿灌注樁（cast in place pile post grouting，PPG）。PPG不僅具備普通沖（鉆）孔灌注樁的所有優(yōu)點(diǎn)，而且能夠在樁體混凝土初凝后，用注漿泵將水泥漿或水泥與其他材料的混合漿液，通過預(yù)置于樁身中的管路壓入樁周或樁端土層中，樁側(cè)注漿會(huì)使樁土間界面的幾何和力學(xué)條件得以改善，樁端注漿可使樁底沉渣、施工樁孔時(shí)樁端受到擾動(dòng)的持力層得到有效的加固或壓密，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，以大幅度提高樁的承載力，增強(qiáng)樁承載狀態(tài)的穩(wěn)定，減小樁基沉降。PPG后注漿灌注樁加固示意見圖3。綜上所述，本工程采用PPG基礎(chǔ)型式。

圖3 PPG加固示意圖

4.3 基礎(chǔ)計(jì)算

根據(jù)該工程的地質(zhì)條件，持力層為中等風(fēng)化花崗巖，故基礎(chǔ)計(jì)算的控制條件為基礎(chǔ)的抗拔計(jì)算。

基礎(chǔ)承受荷載。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮計(jì)算荷載包括鐵塔作用力、水動(dòng)力、波浪力以及地震作用。

抗拔計(jì)算方法。根據(jù)山東院設(shè)計(jì)的220 kV聊城王莊送電工程PPG基礎(chǔ)試驗(yàn)結(jié)論，抗拔側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)與受壓側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)之比為0.88～0.94，建議在工程設(shè)計(jì)中取0.9［4］，詳見表2。

PPG的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk為［4］

式中：ki為后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)的抗拔折減系數(shù)，取0.9；βsi為后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)；λi為后注漿第i層土抗拔系數(shù)；qsik為后注漿第i層初始極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；ui為樁身周長；li為第i層土厚度。

表2 各土層后注漿抗拔側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)與受壓側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)對比

4.4 工程經(jīng)濟(jì)性對比

該工程根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件分別對普通灌注樁和后注漿灌注樁進(jìn)行測算見表3。

由表3可以看出該工程采用后注漿灌注樁節(jié)省造價(jià)25.4%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表3 指標(biāo)分析

5 結(jié)語

華電萊州電廠送出工程建成投產(chǎn)兩年多來，被中國電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會(huì)中評(píng)為“高質(zhì)量等級(jí)優(yōu)良工程”，榮獲“國家電網(wǎng)公司輸變電工程優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”、“電力行業(yè)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”、“國家電網(wǎng)公司優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”、“中國電力優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”、“國家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”。

通過梳理華電萊州電廠送出工程海中立塔的設(shè)計(jì)過程，得出如下結(jié)論：鐵塔材料選用鋼管結(jié)構(gòu)，有利于減小鐵塔塔身風(fēng)荷載，有利于抵抗鹽霧的腐蝕；鐵塔基礎(chǔ)采用后注漿灌注樁基礎(chǔ)，該樁型基礎(chǔ)比普通灌注樁基礎(chǔ)節(jié)約造價(jià)25.4%，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。

［1］GB 18306—2001中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［2］DL／T 5122—2000500 kV架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社，2000.

［3］GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］姜宏璽，林青海，陳培，等.輸電工程中后注漿灌注樁的試驗(yàn)研究及應(yīng)用［J］.中國電力，2012，45（4）：29-34.

［5］JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)定［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［6］劉金波.建筑樁基技術(shù)規(guī)范解釋與應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［7］DL／T 5219—2005架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京：中國電力出版社，2005.

［8］GB 50545—2010110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

［9］GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2003.

［10］DL／T 5154—2012架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

［11］方孝伍.500 kV線路海中鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)［J］.電力勘測設(shè)計(jì)，2010（6）：65-71.

［12］姜宏璽，孫宗德.后注漿灌注樁在輸電線路工程中的應(yīng)用探討［J］.山東電力技術(shù)，2010，37（3）：66-69.

Tower Design of Transmission Lines on the Coast

FU Jianming，LI Jingyu，LIU Wei
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute corp.，LTD，Jinan 250013，China）

On the basis of the 500 kV transmission line project of Laizhou power plant，we look back upon the design of the tower on the coast.The tower is of steel-tube construction；the foundation uses high-rise pile cap；as for the pile type，postgrouted pile is adopted.Over two years’safe operation of the project testifies that the tower construction is safe，economical and reliable，which can be used as reference for future projects.

tower on the coast；steel-tube construction；high-rise pile cap；pile post grouting

TM75

B

1007-9904（2015）06-0059-03

2015-02-22

付建明（1982），男，工程師，主要從事輸電線路設(shè)計(jì)方面的工作。