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

姚華

國(guó)網(wǎng)鹽城供電公司 江蘇 鹽城 224100

1 架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

輸變電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，是根據(jù)國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)，對(duì) 110～750 kV 架空輸變電線路塔架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其在尺寸、布置、長(zhǎng)度、面積等方面達(dá)到最佳，在加強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之符合施工工程的地形地貌要求，達(dá)到安裝靈活，結(jié)構(gòu)安全可靠。對(duì)于桿塔荷載要求、結(jié)構(gòu)材料形式與連接方式、鋼種選擇、預(yù)應(yīng)力混凝土桿塔強(qiáng)度等問題，在設(shè)計(jì)階段都需要認(rèn)真考慮與實(shí)踐[1]。

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

（1）選型要求。桿塔設(shè)施的施工是電力工程項(xiàng)目輸變電線路施工過程中的基礎(chǔ)所在。不同電力工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于桿塔設(shè)施具有不同的要求，具體選擇何種類型的桿塔設(shè)施還需要綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的地形。對(duì)于不同地理地貌特征的輸變電送電線路的桿塔施工，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件，從而選擇具有針對(duì)性的桿塔設(shè)施。這就要求施工人員在正式開展施工前，綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩淼孛矖l件，選擇滿足要求的桿塔設(shè)施，確保其運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）塔身坡度設(shè)計(jì)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，科學(xué)利用大坡度塔身設(shè)計(jì)手段，不僅可以降低物料損耗問題，同時(shí)還可以提高塔結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效果。需要注意的是，大坡度塔身雖然可以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果，但是受到斜材過于曲折的影響，很容易對(duì)鐵塔整體安全運(yùn)行效果造成不利影響。為了及時(shí)解決這一問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)斜材的位置問題以及應(yīng)用問題進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與優(yōu)化。例如，設(shè)計(jì)人員可以利用增添支撐物料的方式提高大坡度塔身的適用性?；蛘呃秒p排螺栓固定的方法，提高大坡度塔身的適用性。必要時(shí)，也可以按照深化設(shè)計(jì)要求，對(duì)大坡度塔身設(shè)計(jì)問題進(jìn)行全周期優(yōu)化與改進(jìn)處理，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（3）塔身橫斷面設(shè)計(jì)。一般來說，電網(wǎng)工程中直線桿塔的截面主要是矩形和方形。大量試驗(yàn)研究表明，直線塔的水平荷載明顯高于縱向荷載。綜合以上研究成果，塔身截面一般按矩形設(shè)計(jì)是合理的，但不可否認(rèn)的是，整體抗縱向荷載能力較低，方形塔能表現(xiàn)出較好的抗縱向荷載性能。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，如果能確定線路屬于主網(wǎng)電源點(diǎn)線，其運(yùn)行階段對(duì)安全穩(wěn)定性提出了更嚴(yán)格的要求，建議在塔身設(shè)計(jì)中采用方形截面。

（4）偏心問題設(shè)計(jì)。偏心問題是輸電線路大跨越鐵塔設(shè)計(jì)體系中的重要問題。結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，影響鐵塔偏心的因素較多，需要設(shè)計(jì)人員從多個(gè)方面對(duì)偏心設(shè)計(jì)問題進(jìn)行準(zhǔn)確貫徹與落實(shí)。一般來說，造成偏心問題的主要原因有施工因素、主材接頭質(zhì)量因素、橫隔面材連接因素等。在具體處理過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該立足于上述因素出現(xiàn)的具體成因，并且按照質(zhì)量管理原則以及安全管理原則對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確貫徹與落實(shí)[2]。

（5）防腐設(shè)計(jì)。輸電線路鐵塔大部分建于野外，甚至是人煙罕至的地區(qū)，維護(hù)較為困難。因此輸電鐵塔所用的角鋼都是經(jīng)過熱鍍鋅防腐處理，以滿足國(guó)家電網(wǎng)有限公司的耐腐蝕標(biāo)準(zhǔn)要求。輸電鐵塔通常建在交通不方便的野外，這樣帶來了較大的鋼結(jié)構(gòu)防腐維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，輸電鐵塔的特殊作業(yè)環(huán)境要求修復(fù)工藝盡量簡(jiǎn)便易行，不需要攜帶復(fù)雜設(shè)備，一次成形后期免維護(hù)等。目前，高鋅含量鍍層修復(fù)材料正在得到開發(fā)，它由純度高于99.99%的鋅粉、揮發(fā)性溶劑和特殊有機(jī)樹脂3部分配制而成，涂層干膜中含鋅量高達(dá)90%以上，以涂料的形式完成對(duì)鋼鐵表面的防腐防銹處理，和熱鍍鋅具有相同的防腐防銹的作用，具有干燥時(shí)間快、施工簡(jiǎn)單、施工環(huán)境要求低等特點(diǎn)，特別是在梅雨季節(jié)，表面很快干燥，不用擔(dān)心雨淋。單組分是它的又一特點(diǎn)，而且還具有易保管，保質(zhì)期長(zhǎng)等特性。在一般的腐蝕環(huán)境（C3類）中，涂層厚度在80 μm以上時(shí)，防腐年限可達(dá)10～20年。

（6）抗風(fēng)設(shè)計(jì)。臺(tái)風(fēng)作用下高壓架空線路會(huì)產(chǎn)生固有頻率的自激振動(dòng)、強(qiáng)風(fēng)振動(dòng)或舞動(dòng)，并逐步發(fā)展成為斷線倒塔等事故。電網(wǎng)風(fēng)災(zāi)數(shù)據(jù)表明，線斷倒塔等機(jī)械事故已逐漸替代絕緣等問題嚴(yán)重威脅輸電線路安全可靠運(yùn)行。 因此，對(duì)臺(tái)風(fēng)情況下架空線路力學(xué)性能進(jìn)行研究，指導(dǎo)輸電線路鐵塔的抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)改造，提升架空線路臺(tái)風(fēng)防御能力。

3 架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）掏挖基礎(chǔ)。這類鐵塔基礎(chǔ)一般指依賴于土的本來面目，不經(jīng)其他處理，即是混凝土的天然成形。該方法可在一定程度上節(jié)省工程造價(jià)和施工設(shè)計(jì)時(shí)間，且由于開挖土方量少，施工方便。這類塔基主要適用于不含地下水環(huán)境的黏性土和軟巖。因其開挖量較小，對(duì)經(jīng)濟(jì)、成本控制和環(huán)保有利，可作為鐵塔基礎(chǔ)使用。

（2）人工灌注基礎(chǔ)。對(duì)這類鐵塔基礎(chǔ)而言，主要依靠土本身的作用，使混凝土自然成形。但考慮到安全性因素，護(hù)壁的設(shè)計(jì)是十分必要和重要的。但是這種方式在施工上顯得比較復(fù)雜。以手工操作為前提，在某些地基受力較大或受地形、地質(zhì)影響較大的地區(qū)，采用人工灌注地基就更為合理。不過，這樣的鐵塔基礎(chǔ)通常需要較高的成本。

（3）斜柱插入基礎(chǔ)。這類塔基與直柱板、臺(tái)階基礎(chǔ)大致相同，都是依靠土體和塔身的自重來實(shí)現(xiàn)抗拉、抗傾。其特點(diǎn)主要是，斜塔與塔體的斜度近似，使配筋減小，經(jīng)濟(jì)性很高。對(duì)于具體的施工，只要是在不含地下水的環(huán)境中，各種巖體及圖紙上均可采用斜柱插入基礎(chǔ)。與此同時(shí)，其需要的混凝土和鋼筋較少，如果從經(jīng)濟(jì)投資角度考慮，可選用斜柱插入基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來，電力工業(yè)的不斷發(fā)展已成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)類型。輸電鐵塔是輸電線路的重要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系到輸電線路的運(yùn)行效率。因此，有關(guān)人員應(yīng)重視輸電鐵塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)，借助信息技術(shù)和超高強(qiáng)度鋼，努力實(shí)現(xiàn)輸電線路效率的最大化。鐵塔的設(shè)計(jì)效果為電力工業(yè)的持續(xù)有效運(yùn)行提供了重要支撐。