淺析輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

林文玉

（福建永福工程顧問有限公司　福建　福州　350108）

淺析輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

林文玉

（福建永福工程顧問有限公司福建福州350108）

隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷持續(xù)發(fā)展，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)問題也受到了普遍的關(guān)注。由于鐵塔的基礎(chǔ)工程很容易受到具體的環(huán)境因素與其他不利的人為因素的影響，而導(dǎo)致整體的質(zhì)量達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。本文主要探討的是影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素，著重指出了優(yōu)化輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體措施。

輸電線路；鐵塔基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化

基礎(chǔ)工程是輸電線路工程體系的重要組成部分，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系線路工程的安全運(yùn)行、工程造價(jià)控制和工程對(duì)環(huán)境的影響程度。因此必須通過一系列的方法和手段，不斷優(yōu)化和加強(qiáng)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，才能更好地避免由于發(fā)生事故而造成的電網(wǎng)癱瘓，給人們的日常生活帶來安全威脅與不必要的財(cái)產(chǎn)損失。

1　影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素

鐵塔主要是利用基礎(chǔ)將實(shí)際所承受的各種荷載傳遞到地基之中的，因此對(duì)于鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，尤其是在一些超高壓甚至特高壓輸電線路的設(shè)計(jì)上。輸電線路鐵塔基礎(chǔ)在實(shí)際的設(shè)計(jì)選型過程中會(huì)受到方方面面因素的影響，要結(jié)合具體塔位的地形及水文條件特征，還要考慮到地基本身的復(fù)雜性靈活地選擇。整體設(shè)計(jì)要從線路的安全性與可靠性出發(fā)，充分考慮上部鐵塔傳遞的荷載特點(diǎn)，還要考慮鐵塔和輸電線路所處的位置，考慮基礎(chǔ)與鐵塔二者之間的作用與實(shí)際的受力情況。鐵塔基礎(chǔ)埋深并不是很深，因此在具體設(shè)計(jì)之前必須充分考慮到一些可能影響到它的因素。①輸電線路的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要綜合分析鐵塔的受力特點(diǎn)，總結(jié)出具體的規(guī)律?？梢岳靡恍I(yè)的軟件對(duì)基礎(chǔ)的受力情況進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，得到最準(zhǔn)確的基礎(chǔ)底部承受的上部壓力數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)地基的實(shí)際承載力進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算。②要考慮到塔位地質(zhì)情況，了解地基強(qiáng)度以及具體的特點(diǎn)。由于基礎(chǔ)是鋼筋混凝土澆制而成，與實(shí)際地基土的剛度存在很大的不同，因而只有結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境，了解到基礎(chǔ)受力與土層之間的關(guān)系，才會(huì)避免基礎(chǔ)底板出現(xiàn)彎曲或者由于受壓過大而出現(xiàn)基礎(chǔ)變形。③要結(jié)合施工工藝特點(diǎn)，選擇符合實(shí)際的設(shè)計(jì)理論和基礎(chǔ)材料，按照實(shí)際的受力情況合理配置基礎(chǔ)鋼筋，避免由于配筋發(fā)生偏差而導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致鐵塔的實(shí)際抗傾覆性差，避免給日后的工程施工埋下巨大的隱患。

2　輸電線路鐵塔基礎(chǔ)型式選擇和優(yōu)化的基本原則

在基礎(chǔ)方案選擇時(shí)，應(yīng)遵循下面的原則：

（1）應(yīng)符合相關(guān)法律、法規(guī)及規(guī)范、規(guī)定要求。

（2）應(yīng)注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。在安全、可靠的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，減少施工對(duì)環(huán)境的破壞。應(yīng)盡可能充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好力學(xué)性能，因地制宜采用原狀土基礎(chǔ)。

（3）充分發(fā)揮每種基礎(chǔ)型式的特點(diǎn)，結(jié)合地形、地質(zhì)特點(diǎn)及運(yùn)輸條件，綜合分析比較，選擇適宜的基礎(chǔ)型式，注重施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性。

（4）對(duì)不良地基，提出特殊的基礎(chǔ)型式和處理措施。

基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)遵循以下主要原則：

（1）優(yōu)化計(jì)算采用的理論、計(jì)算公式應(yīng)合理、科學(xué)，有權(quán)威的、經(jīng)過論證并發(fā)布的理論依據(jù)及相關(guān)研究、試驗(yàn)結(jié)果作為支持，一般應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)試用的經(jīng)驗(yàn)。

（2）對(duì)環(huán)境的影響較小，符合節(jié)能減排的要求，充分貫徹環(huán)境友好型的原則。

（3）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)合理，應(yīng)用效益顯著。

（4）基礎(chǔ)型式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)及交通運(yùn)輸條件的適用性強(qiáng)。

（5）充分考慮施工難度及現(xiàn)場(chǎng)的可操作性。

3　優(yōu)化輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體措施

對(duì)于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程，不僅要遵循結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、地貌、水文條件等的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也要采取其他合理的措施，提高實(shí)際設(shè)計(jì)的優(yōu)化程度。

3.1加強(qiáng)鐵塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全

目前，架空輸電線路常用的基礎(chǔ)型式主要有原狀土基礎(chǔ)和開挖回填類基礎(chǔ)兩大類，由這兩大類又可延伸出其它許多基礎(chǔ)型式。每一種類型基礎(chǔ)都有自身的特點(diǎn)及其適用條件，因此對(duì)于基礎(chǔ)型式的選擇一定要充分結(jié)合實(shí)際的地理環(huán)境，結(jié)合具體地質(zhì)、地貌、水文特點(diǎn)、施工條件等多方面的綜合因素進(jìn)行考慮，一定的不能夠按照自己的主觀想法隨便地選取，要選擇最適合的類型的才行。設(shè)計(jì)師在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中還要充分考慮鐵塔的整體穩(wěn)固性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，要精準(zhǔn)地計(jì)算出鐵塔的基礎(chǔ)受力情況，才能有助于更加科學(xué)地選擇適合的塔基類型。

3.2提高鐵塔基礎(chǔ)的選型分析

對(duì)于輸電線路的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可以進(jìn)行不同的分類選型。開挖回填類基礎(chǔ)主要有板式基礎(chǔ)、臺(tái)階式基礎(chǔ)和聯(lián)合式基礎(chǔ)。原狀土基礎(chǔ)主要有掏挖基礎(chǔ)、巖石基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)三大類。

（1）板式基礎(chǔ)。這種基礎(chǔ)的特點(diǎn)是適應(yīng)地質(zhì)條件廣，施工方法簡(jiǎn)便，是目前工程設(shè)計(jì)中較為常用的基礎(chǔ)型式，在具備機(jī)械開挖條件時(shí)，施工效率可大大提高。缺點(diǎn)是此種基礎(chǔ)對(duì)土體擾動(dòng)較大，回填土雖經(jīng)夯實(shí)后亦難恢復(fù)到原狀土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且開挖量大、棄土易造成滑坡，影響基礎(chǔ)穩(wěn)定，植被破壞和水土流失嚴(yán)重，塔位環(huán)境易破壞，從而影響基礎(chǔ)穩(wěn)定，在山區(qū)斜坡地面處的塔基位置往往形成人工高邊坡，容易崩塌滑坡造成基礎(chǔ)滑移。根據(jù)基礎(chǔ)立柱是否向塔位中心傾斜，板式基礎(chǔ)可分為直柱基礎(chǔ)和斜柱基礎(chǔ)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師需要結(jié)合坡度的實(shí)際情況，對(duì)基礎(chǔ)柱子的正面和底板的面積進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，在一些地板上相對(duì)比較薄的地方，必須設(shè)計(jì)添加鋼筋加固的結(jié)構(gòu)，以更好地增強(qiáng)地基的牢固程度。

（2）臺(tái)階式基礎(chǔ)。由于這種選型方式的對(duì)于的基礎(chǔ)的穩(wěn)固性特別高，因而相對(duì)而言應(yīng)用的比較常見。它無需在基礎(chǔ)內(nèi)部放置鋼筋，只要把握和控制好基礎(chǔ)地板的臺(tái)階高度即可。這種類型不需要太多的鋼筋材料，只需要合理控制混凝土的用量，因而如果在一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際施工存在某些不一致的地方就可以根據(jù)實(shí)際情況靈活地調(diào)整。由于這種方式具有很強(qiáng)的靈活性，因而可以大大地提高施工效率，縮短工期。臺(tái)階式基礎(chǔ)一般用于承載力好，壓縮性較小的地基，可分為直柱式和斜柱式。目前，此類基礎(chǔ)僅用在地下水位較高等特殊條件的塔位。

（3）聯(lián)合基礎(chǔ)。這類基礎(chǔ)埋置于經(jīng)夯實(shí)的回填土體內(nèi)的，承受較大傾覆力矩，由于施工較復(fù)雜且耗用材料又多，故只有在荷載大、地基差的條件下，用其它類型基礎(chǔ)在技術(shù)上有困難時(shí)方可采用。聯(lián)合基礎(chǔ)適用于地下水位較高基礎(chǔ)需淺埋、基坑不易開挖成型且地基易產(chǎn)生不均勻沉降的塔基，基坑開挖一般在3m之內(nèi)。

（4）掏挖基礎(chǔ)。這種類型的設(shè)計(jì)對(duì)基礎(chǔ)地板和實(shí)際荷載能量的要求比較高。這種類型的操作工序比較簡(jiǎn)單，只需將提前制作好的土胎安全地放到地板上就行了，不需要像其他類型一樣反復(fù)地進(jìn)行填土，因而大大節(jié)省了施工過程中的人力成本，而且也避免的填土過程中對(duì)環(huán)境和植物帶來的破壞。但是這種方式受到土地的水文環(huán)境因素制約比較強(qiáng)，在具體的施工前一定要充分考慮到地下水位的特帶你，要反復(fù)到實(shí)地進(jìn)行勘察、研究、分析，明確基礎(chǔ)不會(huì)受到水位的升降影響而影響到實(shí)際的工程質(zhì)量。目前主要采用的掏挖基礎(chǔ)型式有直掏挖基礎(chǔ)和斜掏挖基礎(chǔ)，直掏挖基礎(chǔ)可分為全掏挖和半掏挖。斜掏挖基礎(chǔ)兼具原狀土基礎(chǔ)與斜柱式基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)地質(zhì)條件及施工工藝要求均較高。另外，還可采用直掏斜插式掏挖基礎(chǔ)與帶斜柱直掏挖基礎(chǔ)，在保護(hù)環(huán)境及減少基礎(chǔ)材料用量方面均有顯著效果。直掏斜插式掏挖基礎(chǔ)可在柱頂設(shè)置偏心。

（5）巖石基礎(chǔ)。如果輸電線路的基礎(chǔ)不得不設(shè)置在一些風(fēng)化的巖石上的時(shí)候，采取其他的方式可能就會(huì)受到一定的限制，因而必須采用這種設(shè)計(jì)方式來具體應(yīng)用。由于工程需要的露天的巖石上進(jìn)行，因而在實(shí)際的過程中必須充分考慮到巖石的硬度以及具體的特點(diǎn)，合理安排和利用的施工材料。這種方式雖然實(shí)際的施工難度有些大，但是減少了對(duì)土地地表層的植被破壞，在一定程度山也可以減少水土流失，因而只要突破了巖石作業(yè)的施工技術(shù)，也可以被廣泛應(yīng)用。輸電線路工程中常用的巖石基礎(chǔ)型式有直錨式、承臺(tái)錨桿式和嵌固式。直錨式巖石基礎(chǔ)由于基礎(chǔ)本身的承載力不高，僅適用于基礎(chǔ)力較小的桿塔。

（6）樁基礎(chǔ)。目前輸電線路中采用的樁基礎(chǔ)主要是鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)和人工挖孔樁基礎(chǔ)，人工挖孔樁基礎(chǔ)施工開挖量較小，對(duì)環(huán)境破壞小，適用于地下水較深的土、強(qiáng)風(fēng)化巖石塔位。鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)一般用于土質(zhì)較差、持力層較深的可塑、軟流塑的水田河網(wǎng)地區(qū)及需抵抗水流沖刷及飄流物撞擊的河道跨越位置等，采用鉆機(jī)鉆出樁孔或利用沖孔機(jī)的沖錘沖擊成孔?；A(chǔ)施工需要大型機(jī)具，施工工藝要求較高、施工難度大，成樁后需進(jìn)行基樁完整性檢測(cè)或同時(shí)進(jìn)行承載力檢測(cè)，且對(duì)成孔機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)條件要求較高，施工費(fèi)用較高。另外，施工過程中廢棄泥漿、油污等對(duì)環(huán)境存在一定污染。

3.3重視鐵塔基礎(chǔ)的細(xì)節(jié)檢查

要想保證整個(gè)的工程質(zhì)量，除了采取科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，選用適合設(shè)計(jì)類型外，還必須充分關(guān)注到每個(gè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)存在的一些細(xì)節(jié)方面的問題，有效的查缺補(bǔ)漏，促進(jìn)整個(gè)工程設(shè)計(jì)的完善。例如，在實(shí)際的鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中要仔細(xì)地查看在對(duì)地基的承載力計(jì)算時(shí)，實(shí)際的數(shù)值是否控制達(dá)到了的80%以內(nèi)的；對(duì)地基的對(duì)上層的荷載能力是否進(jìn)行了充分的測(cè)試，是否充分考慮到了地基的沉降問題；對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否充分考慮到了的結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性而對(duì)地基進(jìn)行了良好的加固處理，避免出現(xiàn)地基變形等嚴(yán)重問題；在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中還必須提高實(shí)地勘察的質(zhì)量，真正做到前期的工程設(shè)計(jì)與實(shí)際的工程施工有充分的一致性。

4　總結(jié)

綜上所述，鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研究，對(duì)保障輸電線路的安全運(yùn)行具有重要的意義。只有根據(jù)不同的地形條件并且結(jié)合地質(zhì)的具體特點(diǎn)，才能進(jìn)行科學(xué)合理的基礎(chǔ)選型工作，在一定程度上降低工程造價(jià)。科學(xué)合理的輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，不但可以維護(hù)和保證輸電鐵塔的穩(wěn)定與安全，更能夠轉(zhuǎn)變我國(guó)電力工作中環(huán)保、節(jié)約、優(yōu)化的設(shè)計(jì)理念，從而更好地推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，而且也最大限度地實(shí)現(xiàn)了整個(gè)輸電線路的安全運(yùn)行。

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TM726

A

1673-0038（2015）23-0250-02

2015-5-25

林文玉（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事高壓輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。