我國輸電線路基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀及優(yōu)化措施

聶旭初

摘要：文章立足于我國輸電線路基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀，結(jié)合輸電線路基礎(chǔ)工程相關(guān)工作經(jīng)驗，分析了輸電線路基礎(chǔ)工程的現(xiàn)存問題，提出了基礎(chǔ)優(yōu)化措施，希望能為我國電線路基礎(chǔ)工程效率和質(zhì)量的提高提供幫助。

關(guān)鍵詞：輸電線路；基礎(chǔ)工程；電力工程；軟土地基；黃土地基；凍土地基 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM754 文章編號：1009-2374（2015）19-0040-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.019

改革開放以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力工程的重要性日益凸顯，輸電線路基礎(chǔ)工程也備受關(guān)注。輸電線路基礎(chǔ)工程具有跨越區(qū)域多、輸電線路長、途徑區(qū)域地基土物理力學(xué)性質(zhì)差異顯著、地形復(fù)雜多變、地質(zhì)條件異常復(fù)雜等顯著特點。在具體設(shè)計與施工過程中必須綜合考慮各種因素，提高輸電線路基礎(chǔ)工程設(shè)計與施工的效率和質(zhì)量，減少事故發(fā)生率，提升輸電線路的穩(wěn)定性。在工程實施工程中應(yīng)選擇合理的基礎(chǔ)型式并進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)約工程造價和保護(hù)環(huán)境的目的。

1 我國輸電線路基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀

1.1 軟土地基

在以軟土為主的區(qū)域建立的輸電線路地基叫做軟土地基。這種地基主要出現(xiàn)于我國華東和沿海的輸電線路基礎(chǔ)工程中。軟土地基模型大多錯綜復(fù)雜、樣式繁多、處理費用高且腐蝕性問題大量存在。目前，常見的軟土地基模型有擴(kuò)展式基礎(chǔ)模型、灌注樁基礎(chǔ)模型、大板式基礎(chǔ)模型、螺旋錨基礎(chǔ)模型等。這些模型均具有自己獨特的優(yōu)點和缺陷。比如：擴(kuò)展式基礎(chǔ)模型具有計算簡單的優(yōu)點，但是需要土方開挖、對配筋要求高、且需要較大的場地。與此同時，材料搬運難的現(xiàn)象也大量存在，一定程度上影響了施工效率和靈活性。

1.2 黃土地基

黃土地基主要分布于我國黃河中游和西北高原等地區(qū)。常見黃土地基模型有以下兩類：（1）插入式基礎(chǔ)模型；（2）剛性臺階式基礎(chǔ)模型。除此之外，鉆孔灌注樁方式也常被用于軟土位置。這些模型同樣具有自身的優(yōu)勢和劣勢。比如：雖然剛性臺階式模型被廣泛應(yīng)用于我國黃土地基中，但是由于壓力不均等因素的影響，許多施工材料被浪費，導(dǎo)致施工成本偏高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，該模型將會被逐漸替用。

1.3 凍土地基

凍土地基在我國分布十分廣泛，分布率高達(dá)國土面積的20%。主要分布區(qū)域有冬季溫度偏低的新疆地區(qū)和東北地區(qū)。該地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)工程所需要施工工藝、地基判斷法、施工材料都與其他地區(qū)明顯不同。這是因為凍土在凍結(jié)和融合的情況下，其力學(xué)性質(zhì)會產(chǎn)生變化。當(dāng)然，與之相應(yīng)的地形特點、強(qiáng)度系數(shù)、地面構(gòu)造等均會產(chǎn)生變化。冬季凍土地基安全隱患常有發(fā)生，一定程度上影響了我國輸電線路基礎(chǔ)工程的效率和質(zhì)量。凍土地基防治工作必不可少，其中最為有效的是結(jié)構(gòu)措施。這就要求必須在充分結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件與具體施工需求的基礎(chǔ)上，靈活應(yīng)用換填法、排水隔水法、物理化學(xué)法等方式，科學(xué)、合理地處理凍土地基。

2 輸電線路基礎(chǔ)工程現(xiàn)存的問題

2.1 設(shè)計問題

導(dǎo)地線覆冰舞動導(dǎo)致的輸電線路桿塔破壞問題一直是我國輸電線路基礎(chǔ)工程的突出問題，嚴(yán)重影響了我國輸電線路工程的質(zhì)量。其修復(fù)工作耗費了大量的人力、物力和財力，對人們?nèi)粘Ｉ钤斐闪艘欢ㄓ绊?。這就要求相關(guān)工作者認(rèn)真研究和分析桿塔結(jié)構(gòu)與導(dǎo)地線覆冰舞動的相互作用，采取科學(xué)、合理的抗舞動措施，提升輸電線路結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和安全性。

軟土質(zhì)地區(qū)的輸電線路桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計既要考慮桿塔基礎(chǔ)設(shè)計的基本要求，還必須充分考慮塔基傾斜度、沉降量等問題。目前，我國在軟土質(zhì)地區(qū)輸電線路桿塔設(shè)計方面還有諸多不足，設(shè)計水平相對低下，與國際先進(jìn)水平差距明顯，是我國輸電線路基礎(chǔ)工程設(shè)計中的難題。除此之外，東北地區(qū)和西北地區(qū)的凍土問題、海水對近海輸電線基礎(chǔ)工程的腐蝕性問題也備受業(yè)內(nèi)外人士的關(guān)注。

2.2 勘測問題

山區(qū)輸電線路工程具有較多勘測點，勘測相對比較粗淺，未對塔位的地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確了解，容易滋生滑坡或泥石流現(xiàn)象，嚴(yán)重影響輸電線路基礎(chǔ)工程的進(jìn)度和質(zhì)量。因此，在使用山區(qū)巖石基礎(chǔ)降低工程造價的同時，必須不斷提升巖石力學(xué)和物力性質(zhì)的鑒定技術(shù)與方法。

2.3 施工問題

輸電線路基礎(chǔ)工程施工問題主要表現(xiàn)在以下三個方面：（1）施工相關(guān)機(jī)具部分難以進(jìn)入山區(qū)施工現(xiàn)場；（2）往山區(qū)運輸混泥土、鋼筋等材料難度大；（3）在山區(qū)開展基礎(chǔ)開挖工作相對困難。與此同時，軟土地區(qū)由于水網(wǎng)密布，也存在施工機(jī)具運輸困難等問題。面對施工現(xiàn)存問題，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)努力研究高效、輕巧、容易運輸?shù)氖┕C(jī)具。

3 輸電線路基礎(chǔ)優(yōu)化

3.1 合理優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置

提升基礎(chǔ)型式選擇的科學(xué)性，采用更加合理的結(jié)構(gòu)，有效提升基礎(chǔ)受力性能，降低基礎(chǔ)彎矩與水平作用力，提升工程質(zhì)量：在地基條件較好的地區(qū)優(yōu)先采用斜柱式基礎(chǔ)，該種基礎(chǔ)型式的主柱坡度與鐵塔主材坡度一致，豎向荷載和水平荷載在主柱、底板處產(chǎn)生的彎矩相互抵消，基礎(chǔ)受力更加合理，同時提高基礎(chǔ)抗側(cè)向傾覆的穩(wěn)定性；直柱式基礎(chǔ)在構(gòu)造允許的條件下采用地腳螺栓偏心的型式以預(yù)加反向彎矩，減少主柱和底板承受的彎矩；群樁基礎(chǔ)可采用承臺旋轉(zhuǎn)45°的措施，使群樁抵抗矩大的方向承受更大的水平荷載產(chǎn)生的彎矩?？赏瑫r采用上述手段以達(dá)到最優(yōu)的效果。

為了更直觀地說明問題，下面用某特高壓工程直線塔灌注樁基礎(chǔ)為例進(jìn)行詳細(xì)的分析比較。

表1 地質(zhì)情況

土層 深度 巖土描述 Fak

（kPa） φ

（°） C

（kPa） qsik

（kPa）

1 0～8m 粉土 100 15 18 140

2 8～23m 粉質(zhì)黏土 130 7 35 60

3 23～29m 粉土 140 15 18 140

4 29～39m 粉質(zhì)黏土 130 7 35 750

由于較大水平力使得承臺底下的每根樁受力不均勻，而目前的樁基設(shè)計方法，一般選取受力最大的那根樁的配筋和計算長度作為所有樁的配筋和設(shè)計長度，所以對多樁承臺基礎(chǔ)的設(shè)計優(yōu)化，主要在于令承臺底的每條樁受力更加均勻。

圖1 樁基平面布置圖

傳統(tǒng)型，各樁受力最不均勻，順對角線的兩根樁外側(cè)受力最大、內(nèi)側(cè)最小。單樁樁頂所承受的最大軸向力：

45°擺放型，內(nèi)側(cè)的兩根樁受力最小，外側(cè)的兩根樁受力最大，單樁樁頂所承受的最大軸向力：

或

45°擺放+斜立柱，水平力和豎向力產(chǎn)生的彎矩相互抵消，使得各樁受力更均勻。單樁樁頂所承受的最大軸向力：

計算結(jié)果如表2：

表2 不同布置的樁基計算結(jié)果

基礎(chǔ)類型 基礎(chǔ)尺寸

（mm） 混凝土

（m3） 鋼材總計

（kg） 綜合造價

（萬元）

傳統(tǒng)型 4×600×31500 189 60486 44.28

45°擺放型 4×600×28000 175 57126 42.61

45°擺放+

斜立柱型 4×600×26500 159 55097 41.31

由上表2可知：承臺旋轉(zhuǎn)后樁的設(shè)計長度比旋轉(zhuǎn)前減少了3.5m，配筋減少了3360kg，混凝土量減少了14m3；旋轉(zhuǎn)加斜立柱的鋼筋量和混凝土量更少，綜合造價最低。

3.2 因地制宜，優(yōu)先采用原狀土基礎(chǔ)

地下水埋藏淺的軟土地基可采用螺旋錨基礎(chǔ)。將鋼制的螺旋錨錨葉通過人工或機(jī)械擰入軟弱的土層中，上部用承臺將若干螺旋錨連接起來共同承擔(dān)鐵塔荷載。與大開挖基礎(chǔ)相比，螺旋錨基礎(chǔ)土方開挖量、基坑降水量少，施工周期短，對土體的擾動小，可充分利用錨葉所在土層的承載力；與鉆孔灌注樁基礎(chǔ)相比，螺旋錨基礎(chǔ)不需要泥漿池，施工周期短，對環(huán)境破壞較少，對環(huán)境保護(hù)具有積極的意義。

圖2 螺旋錨及施工

圖3 螺旋錨基礎(chǔ)

在地下水埋藏較深的山區(qū)，優(yōu)先采用人工掏挖類基礎(chǔ)和巖石錨桿基礎(chǔ)，這兩種基礎(chǔ)型式均為原狀土基礎(chǔ)，能充分利用原狀土地基承載力高的特點，基礎(chǔ)混凝土量和土石方量均較少，減少施工運輸量和工程造價，同時對環(huán)境保護(hù)也具有積極的意義。

4 結(jié)語

綜上所述，施工問題、設(shè)計問題以及勘測問題在一定程度上影響了我國輸電線路基礎(chǔ)工程中的效率與質(zhì)量。這就要求輸電線路基礎(chǔ)工程相關(guān)工作者認(rèn)清我國輸電線路基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀和存在問題，不斷鉆研，努力進(jìn)取，對基礎(chǔ)型式選擇和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)我國輸電線路基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：陳 倩）