10 kV配網(wǎng)架空線路鐵塔基礎簡化計算研究

摘要：研究架空配網(wǎng)線路的鐵塔基礎設計，結(jié)合10 kV配網(wǎng)工程項目數(shù)多、投產(chǎn)周期短、方案復雜多變、施工階段變更情況多等特點，在滿足設計條件的前提下簡化線路鐵塔基礎的計算方式，對提高設計效率、及時迅速地應對施工過程中出現(xiàn)的基礎計算問題具有重要的意義。

關鍵詞：配網(wǎng);鐵塔基礎;計算

0? ? 引言

國內(nèi)常用的鐵塔基礎計算方式比較復雜，而且對地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)的準確性、完整性要求十分高，而10 kV配網(wǎng)線路的線行設計靈活多變，桿塔的基礎在項目的施工圖設計階段和施工階段出現(xiàn)變更修改的情況較多，直接套用傳統(tǒng)的計算方式會導致設計周期加長、效率降低。

因此，研究一種針對10 kV配網(wǎng)架空線路鐵塔基礎的簡化計算方式，對縮短設計周期、提高工作效率、及時應對各種設計變更狀況具有十分重要的意義。

1? ? 常用鐵塔基礎計算方式存在的問題

1.1? ? 計算公式復雜

鐵塔基礎有多種形式，對應的計算方式也不一樣。對于10 kV配網(wǎng)架空線路，鐵塔主要采用混凝土澆制的窄基臺階基礎，基礎穩(wěn)定性一般采用傾覆穩(wěn)定性公式驗證，因此本文只研究討論如何簡化傾覆穩(wěn)定性的計算。

傳統(tǒng)的窄基混凝土基礎（有一個階梯的基礎）傾覆穩(wěn)定性計算公式如下：

式中：Mu為基礎極限抗傾覆力矩（kNm）;m為土壓力系數(shù)（kN/m3）;h為基礎埋深（m）;h1為基柱埋深（m）;h0為傾覆力FH的作用點到地面的高度（m）;FH為作用于鐵塔上的傾覆力（kN）;K3為基礎傾覆穩(wěn)定的設計安全系數(shù);e為地基垂直反力Y的偏心距（m）;a1、a分別為基礎底板正面和側(cè)面的寬度（m）;b1為基礎立柱受力正面的寬度（m）;b、bp分別為基礎立柱和基礎底板受力側(cè)面的計算寬度（m）;f為地基土與基礎面的摩擦系數(shù);[p1]為修正后地基土的容許承載力（kN/m2）;Gf為鐵塔和基礎的全部重力（kN）;G0為階梯正上方土的重力（kN）。

由上述公式可以看出，要得出基礎極限抗傾覆力矩Mu需要另外計算或查表的數(shù)據(jù)多達13項，計算過程繁瑣復雜，難理解、難記憶。10 kV配網(wǎng)工程復雜多變，特別是工程施工階段，設計人員往往在現(xiàn)場就需要制定變更方案，這樣復雜的計算公式不能迅速、及時地解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題。

1.2? ? 計算參數(shù)復雜

上述Mu的驗證公式涉及的參數(shù)多達16個，分項公式3個，其中b、bp、[p1]還需要單獨計算，十分麻煩。其實國內(nèi)常用的該傾覆穩(wěn)定性驗證公式根據(jù)《電力工程高壓送電線路設計手冊》和《架空送電線路基礎設計技術規(guī)定》（DL/T 5219—2005）的描述是適用于35～500 kV架空線路的基礎設計。這些主網(wǎng)線路的線行往往避開城鎮(zhèn)、人口密集區(qū)域架設，出現(xiàn)線行變更的情況比較少，而且項目投資比較大，所以鐵塔基礎一般都會做詳細的地質(zhì)勘測。這些地質(zhì)勘測資料作為上述計算參數(shù)的數(shù)據(jù)支撐，得出來的計算書是十分準確的，使用傳統(tǒng)的驗證公式是十分合理的。

但10 kV配網(wǎng)架空線路項目，投資相對較小，施工階段出現(xiàn)變更的概率十分大，桿塔基礎很少每基都會做地質(zhì)勘測，因此傳統(tǒng)的驗證公式中，很多需要地質(zhì)數(shù)據(jù)支撐的參數(shù)應用在10 kV配網(wǎng)基礎計算時，數(shù)據(jù)的選擇會存在很大的主觀性，導致設計人員對計算結(jié)果的準確性沒有把握。

2? ? 鐵塔基礎計算公式的簡化

2.1? ? 簡化計算公式的擬定

為了研究鐵塔基礎傾覆穩(wěn)定性的簡化計算公式，我們可以先設定一個物理模型，如圖1所示。

圖中所標示的參數(shù)及其含義和上文所列的相同，圖中虛線為基礎中心線。把鐵塔及其基礎看做一個整體，受到傾覆力FH的作用，紅線與傾覆力的力臂（h+h0）重合，0點為軸點，此時傾覆力矩為FH（h+h0）。為了不發(fā)生傾覆，基礎會產(chǎn)生一個抵抗矩用以抵消傾覆力矩，抵抗矩的力由鐵塔及其基礎的重力、基礎正上方土的重力之和（Gf+G0）組成，抵抗矩的力臂則為a1/2。

結(jié)合傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K3，基礎極限抗傾覆力矩的驗證公式可以簡化為：

上述公式符合物理定律和力矩平衡原理，可以作為簡化公式應用到10 kV配網(wǎng)架空線路鐵塔基礎傾覆穩(wěn)定性的驗證中。此公式不需要反復計算，容易理解、方便記憶，十分適合10 kV配網(wǎng)工程這種設計周期短、項目批量大、復雜多變的項目，能迅速計算出需要的力學數(shù)據(jù)，快速繪制符合條件的鐵塔基礎圖。

2.2? ? 計算參數(shù)簡單

上述Mu的簡化驗證公式涉及的參數(shù)只有7個，比傳統(tǒng)公式減少了9個，而且這些簡化后的參數(shù)不需要另外單獨計算得出，十分簡單。

上文提到10 kV配網(wǎng)架空線路項目投資相對較小，施工階段出現(xiàn)變更的概率十分大，桿塔基礎很少會做地質(zhì)勘測。而此簡化計算公式不依賴地質(zhì)勘測資料，結(jié)合10 kV配網(wǎng)架空線路選擇線行的規(guī)則特點，只要翻查當?shù)剡^去的地質(zhì)報告，在利用簡化公式驗證了基礎滿足傾覆穩(wěn)定性要求后，根據(jù)地質(zhì)報告再驗證一下基礎的地基承載力即可，數(shù)據(jù)選擇的主觀性大大降低，結(jié)果的準確性大大提高。

3? ? 結(jié)語

傳統(tǒng)的鐵塔基礎傾覆穩(wěn)定性驗證公式參數(shù)多、計算過程繁瑣復雜、難理解、難記憶，而簡化的基礎傾覆穩(wěn)定性驗證公式符合物理定律和力矩平衡原理，計算過程簡單，十分容易理解和記憶。結(jié)合10 kV配網(wǎng)工程項目設計周期短、項目批量大、線行復雜多變、施工階段變更情況多的特點，能迅速地計算出需要的力學數(shù)據(jù)，快速繪制符合條件的鐵塔基礎圖，極大地提高了工作效率，能及時迅速地應對施工過程中出現(xiàn)的基礎計算問題。

[參考文獻]

[1] 國電公司，東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].2版.北京：中國電力出版社，2003.

[2] 架空送電線路基礎設計技術規(guī)定：DL/T 5219—2005[S].

收稿日期：2020-08-11

作者簡介：麥嘉偉（1987—），男，廣東鶴山人，電氣工程師，主要從事10 kV及以下電力工程設計工作。