空間受限地區(qū)高壓架空輸電線路鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計

安培卿 王德朝

【摘 要】為了實現(xiàn)對于部分城市地區(qū)由于空間受到一定限制高壓架空輸電線路鋼管桿建設(shè)難題，本文通過探討鋼管桿受力的特點并結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況，從而提出一定優(yōu)化政策。結(jié)果顯示對其進(jìn)行基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計能夠取得較為明顯的作用，希望本文能為今后高壓架空輸電線路鋼管桿的相關(guān)建設(shè)起到一定幫助。

【關(guān)鍵詞】空間受限地區(qū);高壓架空輸電線;鋼管桿;基礎(chǔ)優(yōu)化

常見的高壓架空輸電線類型包括鋼管桿、角鋼塔等多種形式，由于城市地區(qū)的用地相對較為緊張，空間受到一定限制，不能采用角鋼塔形式進(jìn)行建設(shè)，城市地區(qū)的高壓架空輸電線路一般都是以道路為路線，在此過程，鋼管桿由于其獨有的占地面積小的優(yōu)勢被城市地區(qū)所青睞[1]。但由于城市的線路和設(shè)施相對較為復(fù)雜，對于鋼管桿的基礎(chǔ)空間建設(shè)有一定難度。目前，對于輸電線路的基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計大多數(shù)的研究重點都在于對于地質(zhì)和結(jié)構(gòu)的相關(guān)優(yōu)化工作，關(guān)于空間受限地區(qū)的基礎(chǔ)優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計的研究很少，基于此，本文對空間受限地區(qū)高壓架空輸電線路鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化的設(shè)計進(jìn)行研究探討。

1.鋼管桿基礎(chǔ)受力特點

本研究所選取的鋼管桿均為單桿型，平均直徑為2米，桿底法蘭盤平均外徑為2.75米，鋼管桿正常工作時，風(fēng)荷載和導(dǎo)地線荷載對其產(chǎn)生主要影響，構(gòu)成橫擔(dān)的相關(guān)方向彎矩。風(fēng)荷載與前后導(dǎo)地線之間張力的差構(gòu)成垂直橫擔(dān)彎矩。鋼管桿底部的豎直力主要是導(dǎo)地線的重量和桿自身的重量，鋼管桿底部的水平向心力主要是風(fēng)荷載與導(dǎo)地線的水平力所產(chǎn)生的作用，鋼管桿的受力主要形式是底部橫擔(dān)方向的彎矩相對較大，而垂直橫擔(dān)方向的水平力較小，產(chǎn)生的彎矩也較小。

以鋼管桿受力特點為依據(jù)，鋼管桿基礎(chǔ)分為多樁承臺式、單樁、板式基礎(chǔ)等各種形式。架空輸電線路的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計一般以承載力等為控制指標(biāo)。當(dāng)鋼管桿底部產(chǎn)生較小彎曲的時候，通常采用板式基礎(chǔ)，當(dāng)彎矩相對較大的時候，板式基礎(chǔ)難以滿足水平位移和上拔要求，因此鋼管桿幾乎很少使用板式基礎(chǔ)[2]。鋼管桿若使用單樁基礎(chǔ)，這種情況下的桿，底端需要承受較大彎矩，因此單樁基礎(chǔ)的主要特點為對樁位移進(jìn)行一定控制。當(dāng)采用多樁承臺式基礎(chǔ)時，因為沿橫擔(dān)方向桿底的彎矩最大，因此，在橫擔(dān)方向布置多樁的時候，樁距之間的距離增大了慣性矩，從而來對桿底彎矩進(jìn)行抵抗。當(dāng)對垂直橫擔(dān)多樁進(jìn)行設(shè)計時，基礎(chǔ)受力的形式與單樁模式較為相似。同時為了保障基礎(chǔ)能夠均勻受力，通常情況下按桿塔前后側(cè)的角度對多樁承臺基礎(chǔ)進(jìn)行均勻分布。

2.工程選擇

工程選擇為南陽市宛城區(qū)，對市區(qū)一條220千伏送電線路進(jìn)行改造改造，其中導(dǎo)線截面620平方毫米，距離地面10米處的風(fēng)速為27米每秒，雙回路架設(shè)，10mm覆冰。其中現(xiàn)有公路邊架線包括NF4～9。NF9轉(zhuǎn)角桿向右偏轉(zhuǎn)44度。NF9地質(zhì)如圖 1所示。

3.基礎(chǔ)選擇與方案設(shè)計

NF9轉(zhuǎn)角桿轉(zhuǎn)角度數(shù)較大，經(jīng)過初步計算，如果設(shè)計為單樁，其直徑超過3米，樁長超過了25米，現(xiàn)場空間根本不具備，而且不具有經(jīng)濟(jì)性。因此選擇多樁承臺方式進(jìn)行塔基設(shè)計。沿道路的方向?qū)Τ信_進(jìn)行布置，承臺須需進(jìn)行約22度左右的旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)后，承臺基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角度數(shù)不同。以空間尺寸計算為依據(jù)，經(jīng)過計算最大基礎(chǔ)樁徑不超過1.5米，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，承臺到樁邊的最小距離為0.45米，經(jīng)計算承臺寬度尺寸的數(shù)值最小不能低于2.5米，但經(jīng)過現(xiàn)場實際測量證明，承臺寬若為2.5米，無法在原有的中心柱進(jìn)行放置，造成右邊的構(gòu)筑物與承臺發(fā)生碰撞，因此該數(shù)值需要被進(jìn)一步優(yōu)化。

若向道路一側(cè)移動中心樁12厘米，能夠使得基礎(chǔ)在地面露出的承臺部分能夠與道路邊緣緊貼，這時，承臺與右邊構(gòu)筑物之間的距離：12厘米;左邊的雨水管與樁之間的距離：21厘米;右邊的混凝土構(gòu)筑物和樁邊之間的距離：63厘米，均符合規(guī)定的空間尺寸。向左移動中心樁12厘米后，在NF9后側(cè)的直線桿向左偏轉(zhuǎn)大約6分，NF9轉(zhuǎn)角桿大約向右偏轉(zhuǎn)44度28分，經(jīng)過反復(fù)計算和驗證，滿足桿塔受力，因此，本文決定向左移動中心樁12厘米。由于此基鋼管桿為耐張轉(zhuǎn)角型，對于位移的改變相對較為敏感，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，對于位移敏感的鋼管桿來說，建筑物水平位移不能超過6毫米，以此為依據(jù)，采用荷載標(biāo)準(zhǔn)按6毫米水平位移對本工程進(jìn)行計算。若選用樁徑1.5米，樁間距為4.5米的方案，根據(jù)方法進(jìn)行計算位移約為5.6毫米，此時為2樁;若選用3樁樁徑1.5米，樁間距為4.5米的方案，經(jīng)計算位移大約為4.3毫米。經(jīng)過上述操作，可以得知如果采用2樁，水平位移利用率已經(jīng)高達(dá)93.33%，如果援用3樁方案，利用率大約為71.67%。由于對本方案周圍有建筑物的條件進(jìn)行充分考慮，本方案對于位移較為敏感，因此對于位移的利用率應(yīng)選擇較低的3樁方案，由此，本文采用3樁承臺方案。基礎(chǔ)建設(shè)的數(shù)據(jù)：3樁樁長8.5米，樁徑1.5 米，承臺寬2.5米、長12.5米，承臺柱的高1.5米、直徑為2.5米。與此同時，由于本方案的承臺沿道路方向布置為長邊，本工程經(jīng)驗就需要對抗扭進(jìn)行加固。因此，本工程利用箍筋對承臺進(jìn)行加固，鋼筋箍筋的選擇為直徑20毫米，同時采用焊接的方式進(jìn)行封閉箍筋從而對承臺的承受能力進(jìn)行大幅度加強(qiáng)。為了盡可能避免兩側(cè)建筑物對于基礎(chǔ)造成影響，本文建議上部進(jìn)行人工開挖機(jī)，同時鉆孔機(jī)器運用對下部進(jìn)行鉆孔成孔的方式。由于鋼管桿偏轉(zhuǎn)方向為右，本文建議對于空白空間進(jìn)行填土不壓實操作從而最大程度上降低基礎(chǔ)對于右邊建筑物所產(chǎn)生的影響。

4.結(jié)論

通過本文設(shè)計可以一定程度上解決工程基礎(chǔ)空間受限的問題，在工程的實際應(yīng)用中取得一定成效。由于城市地區(qū)空間上較為緊張，導(dǎo)致工程在進(jìn)行基礎(chǔ)布置鋼管桿時，受到一定限制[4-5]。基于此，通過基礎(chǔ)選型的設(shè)計和其方案的相關(guān)研究優(yōu)化希望對工程提供一定幫助，經(jīng)分析，本文認(rèn)為設(shè)計基礎(chǔ)時可以通過下列方式對基礎(chǔ)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化：

1）使導(dǎo)地線放松，使桿塔的基礎(chǔ)受力減弱，并以桿塔基礎(chǔ)的實際作用力為基礎(chǔ)進(jìn)行工程設(shè)計。

2）由于多樁共同受力能夠使基礎(chǔ)水平位移一定程度上減小，因此通過多樁承臺方式的使用對基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計布置。

3）當(dāng)有一定轉(zhuǎn)角時，如果按前后側(cè)鋼管桿轉(zhuǎn)角平分線上布置承臺，空間很可能受限。此時可以適當(dāng)挪動樁的位置，并根據(jù)實際空間對承臺進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后再對桿塔的受力進(jìn)行驗算證明。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙淳，谷山強(qiáng)，周洪，魏鳳，鄧阿妹，趙倩.專利視角下的全球智能輸電運維關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研究[J].高壓電器，2019，55（09）：86-96.

[2]何豐怡.高壓輸電線路T接方案優(yōu)化探討[J].低碳世界，2019，9（06）：83-84.

[3]秦威南，方玉群，潛力群，梁加凱，蔣衛(wèi)東.超/特高壓架空輸電線路短路接地線燒傷分析研究[J/OL].中國電力：1-11[2019-11-07].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.3265.tm.20190619.1135.004.html.

（作者單位：中國電建集團(tuán)河南省勘測設(shè)計院有限公司）