超高壓輸電線路鐵塔基礎選型研究

李博偉，鄒 健

（陜西省地方電力建設有限公司，西安 710065）

超高壓輸電線路的基礎選型是電力設計工作中尤其重要的一個環(huán)節(jié)，基礎形式對于電力工程的安全性、經(jīng)濟性起著至關重要的作用。合理的鐵塔基礎形式不僅僅能較低整個工程的造價，而且對于線路工程竣工后的日常運行和維護工作都起到積極的作用。電力線路工程，尤其是超高壓輸電線路，一般都處于人跡罕至的大山、荒漠或者茂密叢林之中，跨越江河、峽谷，地形起伏大，相對高差大[1]。

對于山區(qū)輸電線路工程而言，塔位大多位于山體的斜坡上，地形地質(zhì)條件相對復雜，一個基塔的四條塔腿都可能位于不同高程。因此，在鐵塔基礎施工過程中，要避免將整個塔基范圍挖成一個大平臺（即降低基面高度）。此外，隨著國家對環(huán)境保護的要求逐漸提高，電力線路建設與自然環(huán)境的保護也需要同步考慮[2]。為了更好地解決施工與保護之間的矛盾，人們可以結(jié)合地形地質(zhì)條件合理調(diào)整鐵塔長短腿，達到基礎施工配合利用的目的。這樣能夠做到少開挖或不開挖，較好地解決場地土方開挖量大的問題，以維持塔位原有地貌地形，既保護了環(huán)境和水土，又維護了塔基安全穩(wěn)定，可謂一舉兩得。

1 基礎類型

1.1 原狀土基礎

原狀土方基礎施工采用人工掏挖成型，與大型土方開挖塔基基礎相比較，雖然混凝土性能指標略高，但是能夠降低基坑開挖工作量及小平臺的土方開挖量，減少施工廢棄土方對地表的破壞，大大降低了施工對周圍環(huán)境的破壞，保護了塔基周圍的地貌[3]。同時，原狀土基礎施工在澆制混凝土時不用支模，使施工更加方便，降低了施工費用。因此，原狀土基礎的綜合效益在山區(qū)、丘陵等無地下水的地方優(yōu)于普通大開挖基礎。其主要處于山區(qū)地帶，表層地質(zhì)情況多為泥巖、砂巖或黏性土，基坑采用人工開挖容易成形，擬采用原狀土基礎。其型式和參數(shù)分別如圖1、表1所示。

圖1 原狀土基礎型式

表1 原狀土基礎參數(shù)

1.2 人工挖孔樁

人工挖孔樁基礎施工是在塔位地質(zhì)相對復雜、高差較大、場地狹窄，基礎外負荷較大、基礎外露較高時，采用的基礎型式。該基礎同原狀土基礎一樣采用人工開挖，但因埋深較大，在開挖時需根據(jù)塔位地質(zhì)情況確定是否需要護壁保護[4]。該基礎施工能夠有效調(diào)節(jié)基礎外露高度，降低小平臺及基坑開挖量，減少施工廢棄土方對地表土壤的破壞，降低施工對塔基外部環(huán)境的破壞，保護了周圍的自然環(huán)境。其型式和參數(shù)分別如圖2、表2所示。

圖2 人工挖孔樁型式

表2 人工挖孔樁參數(shù)

1.3 斜掏挖基礎

斜掏挖基礎施工是近年來逐步使用的一種新型桿塔基礎形式，它能夠充分利用原狀土變形小、承載力高的工程特性，與傳統(tǒng)直掏挖基礎施工相比，避免了大開挖施工、減少了對環(huán)境的破壞程度，提高了基礎的承載能力。此外，斜掏挖基礎施工具有塔腿主材坡度與斜插式基礎主柱坡度一致的結(jié)構(gòu)特點，使得水平力對基礎底板的影響程度降到最低點，底板受力狀況、基礎立柱得到改善，基礎穩(wěn)定性得到明顯提升[2]。

1.4 斜柱式基礎

斜柱式基礎施工的鐵塔主材坡度與主柱坡度一致，因此基礎施工時所受的上拔或下壓力與水平力產(chǎn)生的彎矩基本能夠相互抵消，地基應力分布較為均勻，受力相對合理，技術經(jīng)濟指標也相對合理。相比直柱型基礎，其施工能夠節(jié)約混凝土20%、鋼材15%左右。該基礎施工是一種柔性底板基礎施工，充分考慮到山區(qū)建材運輸條件差，旨在有效減少水泥砂石的運輸工作量。該類型基礎開挖成型時，可以采用圖3所示的開挖方式（即半掏挖方式），其具體參數(shù)如表3所示。斜柱式基礎以坑壁來代替塔基底板側(cè)向模板，將基礎底板嵌入原狀土方中，從而減少了施工土方量，充分利用原狀土方的內(nèi)摩擦角和凝聚力，有效提高基礎的承載能力，也相對減少了對地表土壤表層的破壞量，保護了塔基環(huán)境。

對于基坑開挖，施工中不能夠按照“坑壁成型”的方式進行，需要按照大開挖的方式重新設計此種類型基礎施工的尺寸。此種基礎施工的開挖量與原狀土基礎相比較大，但是其能夠有效節(jié)約技術經(jīng)濟指標，對于使用原狀土基礎明顯不經(jīng)濟、基礎外負荷較大的塔位，或者基坑難以掏挖成型、有地下水流經(jīng)的塔位，均可以采用此類型的基礎型式。

圖3 斜柱式基礎型式

表3 斜柱式基礎參數(shù)

1.5 巖石基礎

巖石基礎施工可以節(jié)約建材、減少土方挖掘量，現(xiàn)場施工工作量相對較小，具有明顯的經(jīng)濟效益。根據(jù)不同的地質(zhì)條件，人們可以采用巖石錨樁基礎和嵌固式巖石基礎。

1.5.1 巖石錨樁基礎

巖石錨樁基礎施工主要用于整體性、硬質(zhì)好且基巖裸露（或風化層及覆蓋層淺）的塔基施工，其大致分為兩類。一是群錨式巖石施工基礎，主要用于塔基基礎負荷較大的塔位。這類巖石群錨基礎主要用于轉(zhuǎn)角塔、終端塔及重要的塔位，錨筋根數(shù)為16～24根，其型式和參數(shù)分別如如圖4、表4所示。二是直錨式巖石基礎施工，主要用于塔基基礎負荷較小的塔位。

圖4 群錨式巖石基礎型式

表4 群錨式巖石基礎參數(shù)

1.5.2 半嵌式（巖石）與嵌固式基礎

半嵌固式（見圖6）（巖石）與嵌固式（見圖5）基礎是將基礎底部嵌套加固于基巖中，有效利用巖石的剪切能力，達到提升基礎抗拔能力的效果，主要用于軟質(zhì)巖石且便于人工開鑿（挖）的地基類型。其具有施工工程量小、適用范圍廣、施工簡易材料消耗低等優(yōu)點，已在多條500 kV送電工程中應用?！扒豆膛c半嵌固”可以互用，因基礎坡度與鐵塔主材坡度基本一致，因而不改變角鋼插入式與鐵塔連接方式。由于基礎主柱施工的可調(diào)性（高度）較大，靈活性較好，該基礎能夠填補鐵塔長短腿與自然地貌、地形之間的差距，可以不用平整施工場地而直接進行開挖，對于保護塔基周圍環(huán)境能夠起到良好作用。同時，施工較為方便，其能夠采用人工開挖方式，一般石工就可以直接進行施工。

圖5 半嵌式（巖石）基礎型式

圖6 嵌固式基礎型式

1.6 斜柱大板基礎

斜柱大板基礎是一種柔性底板基礎，適用于軟、流塑地基且混凝土澆制所需砂石運輸工程量較大的塔位。其主要特點是：埋深淺，底板寬，方便施工。當用于“流砂型”基坑時，該基礎能利用底板寬度來解決上拔穩(wěn)定和地基強度問題。大板基礎是根據(jù)每個塔位所處地質(zhì)情況進行設計，因此需在施工圖階段完成，其型式和參數(shù)分別如圖7、表5所示。

圖7 斜柱大板基礎型式

表5 斜柱大板基礎

2 塔基周圍環(huán)境保護

保護塔基周圍區(qū)域環(huán)境，是確保輸電線路安全運行的重要環(huán)節(jié)。高壓線路所經(jīng)地區(qū)在各種自然條件影響下，形成了千差萬別的自然地貌表態(tài)，同時人類活動因素對部分塔位的安全可能構(gòu)成潛在威脅。因此，做好塔基設計，保護好塔位區(qū)域的自然環(huán)境尤為重要。

無論采用哪種基礎型式，在開挖時盡可能以“坑壁”代替鐵塔基礎底模板的方式開挖，以減少開挖量，避免大土方開挖。同時，盡可能采用人工開挖。巖石地區(qū)盡可能采用“嵌固式及半嵌固式”基礎。對于位于相對陡峭的山體、地形質(zhì)條件較差的塔位，不能采用爆破施工，必須采用人力開挖方式。

3 結(jié)語

輸電線路基礎施工方式的設計，對于整體的工程造價有著重要的影響。在施工設計時，人們需要綜合考慮工程的各項社會效益及經(jīng)濟效益，通過對各種常用基礎施工形式效果的對比和分析，選擇合適的基礎施工形式，充分減小施工開挖量及對環(huán)境的破壞程度，使得整個工程設計經(jīng)濟、安全、環(huán)保，更加符合資源節(jié)約型和環(huán)境友好型工程建設的總體要求。