架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究

韓一冬

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高使得各個(gè)行業(yè)、領(lǐng)域?qū)﹄娔艿男枨罅砍掷m(xù)增加，用電負(fù)荷也不斷提升，架空輸電線路在運(yùn)行中所對(duì)應(yīng)的輸送容量以及導(dǎo)線截面持續(xù)增大。與此同時(shí)，城市地區(qū)架空輸電線路還面臨著線路走廊越來越窄，交叉跨越現(xiàn)象越來越多，跨越高度越來越大的問題。在這一背景下，對(duì)架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。重點(diǎn)分析了架空輸電線路鐵塔在塔型結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面的操作要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；鐵塔結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；窄基鐵塔

中圖分類號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.093

文章編號(hào)：2095-6835（2016）11-0093-02

在我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平不斷提升的背景下，電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中所依賴的基礎(chǔ)條件也發(fā)生了相應(yīng)的改變。作為我國(guó)當(dāng)前電力供應(yīng)的基礎(chǔ)保障性設(shè)施，架空輸電線路在電力供應(yīng)系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用是非常重要的。但結(jié)合我國(guó)電力行業(yè)實(shí)際情況來看，企業(yè)目前仍然是電力供應(yīng)的主要對(duì)象，因此，在電力供應(yīng)經(jīng)濟(jì)改善方面的需求仍然是非常明確的。在對(duì)架空輸電線路鐵塔的設(shè)計(jì)中，除需保障鐵塔結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定以外，還需綜合考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。在目前已發(fā)生的各類輸電線路安全事故中，因鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理所致事故的比例是非常高的。因此，為提高架空輸電線路運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，做好對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化工作有著非常重要的意義與價(jià)值。

1 架空輸電線路鐵塔塔型設(shè)計(jì)

在有關(guān)架空輸電線路鐵塔內(nèi)力的分析中，可將鐵塔桿系節(jié)點(diǎn)作為鉸接點(diǎn)?？紤]到架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)多在相對(duì)復(fù)雜的自然環(huán)境中運(yùn)行，因此對(duì)鐵塔塔型的規(guī)劃必須兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面的合理性。根據(jù)架空輸電線路工程導(dǎo)線型號(hào)、基本環(huán)境條件以及敷設(shè)路徑情況選擇基礎(chǔ)塔型形式，基于鐵塔所承受機(jī)械外負(fù)荷條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，以確保鐵塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。除此以外，在架空輸電線路鐵塔塔型的選擇設(shè)計(jì)上還應(yīng)當(dāng)考慮施工條件、施工技術(shù)以及運(yùn)行便捷性等因素的影響。

根據(jù)底部寬度，可以將架空輸電線路鐵塔設(shè)置為窄基鐵塔和寬基鐵塔兩種類型。其中，窄基鐵塔底部寬度與塔體高度的比值在1/14～1/12的范圍內(nèi)，寬基鐵塔底部寬度與塔體高度的比值則在1/6 ～1/4的范圍內(nèi)。對(duì)于窄基鐵塔而言，由于鐵塔底部寬度較小，因此主材所受作用力較大，適用于小擋距（使用擋距不足100 m）鐵塔的設(shè)計(jì)選型；對(duì)于寬基鐵塔而言，由于鐵塔底部寬度較大，因此主材所受力作用力較小，適用于大擋距（使用擋距在100 m及以上）鐵塔的設(shè)計(jì)選型。

2 架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于寬基鐵塔而言，根據(jù)導(dǎo)線回?cái)?shù)的不同可以采取不同的結(jié)構(gòu)布置方案。比如對(duì)于采用單導(dǎo)線回路的鐵塔而言，結(jié)構(gòu)布置上具有“上”字型特點(diǎn)；對(duì)于采用雙導(dǎo)線回路的鐵塔而言，結(jié)構(gòu)布置上則具有鼓型特點(diǎn)。

對(duì)于窄基鐵塔而言，根據(jù)橫擔(dān)以及支架的通用情況可以采取以下兩種不同的結(jié)構(gòu)布置方案：①將塔頭區(qū)域布置為垂直段，口寬固定，塔身開始起坡，鐵塔整體高度與底部寬度參數(shù)一致，不考慮回路數(shù)劃分影響；橫擔(dān)具有通用性特點(diǎn)，可根據(jù)架空輸電線路實(shí)際回路數(shù)選擇相應(yīng)的橫擔(dān)數(shù)量。②鐵塔塔身與塔頭均設(shè)置通用坡度，鐵塔總高度與上口寬度和底部寬度完全一致；橫擔(dān)固定不通用，可劃分為單導(dǎo)線回路和雙導(dǎo)線回路兩種形式。

3 架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)優(yōu)化

在對(duì)架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，必須遵循以下三點(diǎn)基本原則：①優(yōu)化設(shè)計(jì)前期，應(yīng)當(dāng)對(duì)沿線工程水文條件、地質(zhì)條件和氣象條件進(jìn)行詳盡的調(diào)查。②制訂科學(xué)的鐵塔桿塔位置排定原則，即在線路敷設(shè)經(jīng)過各類作物林區(qū)時(shí)不砍伐通道。如果垂直距離受到影響，則對(duì)個(gè)別部位進(jìn)行剪枝或削頂處理。③做好對(duì)架空輸電線路沿線主力桿塔造影的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。具體而言，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中可采取的優(yōu)化措施有以下幾點(diǎn)。

3.1 強(qiáng)化架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)

輸電線路桿塔基礎(chǔ)常見類型包括鋼管桿、水泥桿和直立式鐵塔系列基礎(chǔ)三類。其中，鋼管桿基礎(chǔ)可見非原狀混凝土、非原狀土臺(tái)階式和非原狀土直柱式柔性這三類；水泥桿基礎(chǔ)則可見非原狀土無拉線盤和非原狀土有拉線盤這兩類；直立式鐵塔系列基礎(chǔ)在基礎(chǔ)類型方面劃分更細(xì)，共有16種類型。

在桿塔基礎(chǔ)的選型中，如果混凝土澆筑難度較大，則可以優(yōu)先選擇金屬式基礎(chǔ)或預(yù)制裝配式基礎(chǔ)。如果涉及到電桿及拉線，則建議選擇預(yù)制裝配式基礎(chǔ)。

在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，以安全為前提，對(duì)架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)受力性能進(jìn)行分析。新基礎(chǔ)計(jì)算的基本前提是鐵塔基礎(chǔ)所處區(qū)域地基基礎(chǔ)承載力符合設(shè)計(jì)要求。但是，如果地基基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)土或淤泥，則應(yīng)當(dāng)重新設(shè)計(jì)。

在對(duì)架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，必須充分評(píng)價(jià)工程實(shí)踐中的施工條件、桿塔形式以及沿線地質(zhì)條件對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，在最大程度上確保架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)穩(wěn)定性和位移允許性。

3.2 適當(dāng)降低架空輸電線路鐵塔接地電阻

高壓輸電線路接地電阻的大小與線路耐雷水平呈反相關(guān)，因此，為有效提高高壓輸電線路整體耐雷水平，應(yīng)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中結(jié)合各基桿塔土壤電阻率取值情況，有效控制桿塔接地電阻的大小。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化中，可采取的措施包括以下幾種：①若架空輸電線路鐵塔桿塔所處區(qū)域周邊允許水平放設(shè)，則應(yīng)當(dāng)采取水平外延接地的處理措施。這樣，一方面能夠使沖擊性接地電阻得到控制，另一方面能夠有效降低工頻接地電阻。②可結(jié)合架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的基本情況，適當(dāng)增加埋設(shè)深度接地極，遵循就地原則增加垂直接地極。③若桿塔所處區(qū)域地下地質(zhì)條件特殊，影響土壤電阻率水平，則可在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中適當(dāng)增加木炭及酸、堿性物質(zhì)，以改善土壤電阻率水平。④可合理敷設(shè)降阻劑，以起到合理控制桿塔接地電阻大小的效果。

3.3 優(yōu)化輸電線路基礎(chǔ)路徑和塔型搭配

城市緊湊型多回路鋼管桿走廊或鋼管塔走廊在技術(shù)上能滿足輸電線路的實(shí)際要求，且鋼管桿造型美觀，安裝快捷，占地面積小，還與城市地勢(shì)較為平坦、走廊寬度小、線路施工方便等特點(diǎn)相適應(yīng)，因此得以迅速發(fā)展。對(duì)于架空輸電線路而言，線路走廊寬度主要會(huì)受到風(fēng)偏、安全距離和塔頭尺寸三方面參數(shù)的影響。其中，安全距離的波動(dòng)范圍小，因此，控制架空輸電線路走廊寬度的關(guān)鍵在于合理控制風(fēng)偏和塔頭參數(shù)。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，為有效限制導(dǎo)線風(fēng)偏，對(duì)塔頭尺寸進(jìn)行控制，可采取固定掛點(diǎn)的直線式桿塔和固定跳線的耐桿塔。同時(shí)，考慮到城市地區(qū)架空輸電線路有大截面和多回路發(fā)展的趨勢(shì)，因此在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，可適當(dāng)增大絕緣子部件、避雷線、接地和金具的安全系數(shù)。

4 結(jié)束語

架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)施在輸電線路設(shè)計(jì)體系中占據(jù)著非常重要的地位，其性能和設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)架空輸電線路投入運(yùn)行后的整體效益。結(jié)合本文對(duì)架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的總結(jié)、分析，筆者認(rèn)為，在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)代化科學(xué)理念為依據(jù)，在完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略的同時(shí)不斷改進(jìn)并優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以保障鐵塔在架空輸電線路運(yùn)行中發(fā)揮相應(yīng)功能，保障架空輸電線路的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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〔編輯：劉曉芳〕