輸配電線路桿塔基礎抗傾覆能力計算方法分析

摘 要：輸配電線路桿塔基礎的抗傾覆能力關系到桿塔的牢固度、穩(wěn)定性，也影響到桿塔架線功能的發(fā)揮。實際的桿塔基礎穩(wěn)定性受到多種因素的影響，要將多種影響性因素納入考慮范圍。文章分析了輸配電線路桿塔基礎抗傾覆能力計算方法。

關鍵詞：輸配電線路；桿塔基礎；抗傾覆能力；計算方法

桿塔基礎的基本作用就是將桿塔的重力逐漸伸向地下土體，其主體作用力同導線向絕緣子傳遞力量大致相同。參照相似的原理，絕緣子應該按照線路的具體特征來選擇規(guī)格、精心審計，以此來滿足各個類型導線的張力。與此類似，桿塔基礎的設計也要確保滿足各類載荷，這樣才能真正提高桿塔基礎的牢固度。

1 輸配電線路桿塔基礎設計的依據(jù)

1.1 地質(zhì)條件

輸配電線路桿塔基礎上設計首先要明確桿塔地基所處地理環(huán)境、地質(zhì)條件、巖土特征、地下水位等，根據(jù)這些客觀條件來設計桿塔基礎。

1.2 載荷特點

輸配線路桿塔基礎需承受多種載荷條件，具體見圖1所示。

Z方向存在豎方向的載荷，與此相對應的X/Y則存在水平載荷，其中Z-Y.Z-X面上也存在傾覆力矩，X-Y平面則存在扭矩。實際的輸電線路桿塔基礎設計要考慮到多種變化性因素，例如：不同載荷的變化、載荷頻率、分布等。同時，也要考慮到桿塔基礎的型號、大小、質(zhì)量等因素。

1.3 地基與巖石的承載特征

地基自身是否達到標準的承重水平，能承受的載荷大小，重載荷是否將帶來破壞面，破壞的深度、程度等。破壞面的類型不同對應的地基巖土載荷傳遞模式也有所差異。

1.4 土與巖石的承載特征

重點從土體、巖石等的強度、變形特點、空隙水應力等方面出發(fā)，以及土體的排水性能等來綜合得出桿塔基礎的承載特征。

1.5 施工方案

實際的桿塔地基施工中所采用的施工方法也至關重要，方法的選擇將影響到地基系統(tǒng)的承載能力，所采取的方法不當或者未能正確履行施工程序，都可能影響地基承載力。

2 桿塔基礎于土體的抗拔能力

2.1 地基受損的主要模式

桿塔基礎包括多種類型，例如：直軸型基礎、直埋式基礎、底板型基礎等。其中軸型基礎有著自己的受破壞方式，具體為：在地基和土體連接位置出現(xiàn)土的剪切型破壞，其形狀為圓柱狀。此類基礎，略微將其向上拔起，使其承受上拔力，其所處區(qū)域土體內(nèi)可能有間條塊剪切面層出現(xiàn)，此時的滑移運力相對有限，然而，在外力逐步施加的基礎上，土體內(nèi)部則會有較強的滑移剪切力，桿塔地基的滑移則將變大，最后可能逐步形成連續(xù)性剪切滑移，會形成一種破壞力，逐步朝著土體與桿塔地基連接的位置靠近，實際運行過程中，如果滑移剪切未出現(xiàn)，桿塔地基也可能會遭到間條狀剪切面的不良影響，從而出現(xiàn)倒錐形面，根部也可能出現(xiàn)圓柱狀的剪切面。底板型基礎，其遭破壞的模式相對復雜，會受到實際的桿塔地基深度、土體條件、性質(zhì)、施工技術等的影響。通常來說，地基底板的形狀不會影響破壞面大小和破壞程度，如果底板形狀是長方形，內(nèi)部剪切面則將形成立方柱形，地表的破壞形狀則可能為倒錐形、圓柱形等。

2.2 端部阻力

底板型桿塔地基，隨著混凝土的澆筑，其一端會出現(xiàn)拉力，拉力大小主要受混凝土底部與土體配合度影響，如果桿塔地基向上拔起，那么于地基底部，土體的抗拉強度則可能出現(xiàn)一端阻力，具體用以下公式表示：

Qtu=AtipSt

遇到特殊的土體，例如：排水條件差，載荷作用下土體顆粒間則可能出現(xiàn)端部吸力，桿塔基礎在向上拔起時，其頂部將接受向上的拔力，底部則將出現(xiàn)吸力，這兩大力會施加于桿塔地基底部，具體的力量大小通常在一個大氣壓以內(nèi)，具體用以下公式表示：Qtu=AtipSs

其中，Ss為吸應力，該力量會逐漸變小。

2.3 直軸型地基的側(cè)面阻力

對于直軸型地基來說，其上拔與下壓過程中都將產(chǎn)生一定的側(cè)面阻力，它們的計算方法大致相當，也就是：Qsu=Qsc，然而二者之間也存在一定的差異，也就是所謂的泊松效應，具體體現(xiàn)為：土體的膨脹、收縮等可能導致土體的水平應力逐漸上升或降低，這樣土體的抗剪強度、側(cè)面阻力等將對應地上升或下降。土應力將會出現(xiàn)一定程度的變化，可用下面公式表示：

其中，△6h≈Es/EmVm/1+Vstr/r△6a

6h-土體水平應力變化；Es-土體彈性系數(shù)；Vs-土的泊松比；△6a-地基所承受的軸向應力。

2.4 底板型地基的側(cè)面阻力

其計算方式同于直軸型地基的計算，實際上拔過程中的側(cè)面阻力計算用以下公式：

Qsu=側(cè)表面？子（Z）dz

當剪切面形狀為長方形時，此公式還可以寫成：Qsu=2（B+L）BuDγzk（z）tgδdz

上式中，B和L分別代表基礎底板的寬和長。

通常地基底板的形狀、大小等將決定剪切面形狀，因為剪切面處于土體內(nèi)部，所以，δ的數(shù)值要特殊處理。

2.5 抗上拔能力的計算方法

（1）錐形法。該計算法的原理為：抗上拔阻力來源于土體、基礎重量等，實際的方法應用和錐角大小有關。錐角=0，忽視土體水平應力、抗剪強度等，為最小抗拔力；錐角>0，土體重量作為計算依據(jù)，用來替代土應力與抗剪強度等。實際的錐形法計算過程中需要先明確錐角大小，再對應計算，實際的土質(zhì)與地基形態(tài)都各不相同，錐角大小也有所差異，錐形法計算有條件限制。（2）曲面法。曲面法計算原理體現(xiàn)為：設抗上拔力為在一個曲面范圍內(nèi)土體、地基質(zhì)量以及剪切力之和。曲面可以被看成為某一錐形，出現(xiàn)破壞作用，實際的計算過程中忽視土應力。曲面法的應用有一定條件限制，通常用在線路桿塔地基較淺，其所處土體固結(jié)度較弱的環(huán)境中。（3）剪切法。當圓柱剪切面中出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，可以計算得出這一剪切面的剪切阻力大小，將其作為土應力函數(shù)。實際的輸配電線路桿塔基礎也可能受到地下水位高低的影響，從而使得桿塔地基的抗拔能力也受影響，對此實際的計算過程中，正確的方法就是考慮到地下水位達到極值的情況，來對應做出設計。

3 結(jié)束語

配網(wǎng)線路桿塔地基抗傾覆能力計算，要將抗拔能力納入計算考慮范圍內(nèi)，這其中主要包括基礎與土體的重，端部阻力大小等。實際的桿塔基礎抗傾覆能力計算要深入考慮多方面影響性因素，采用正確的計算方法。

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