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        覆冰地區(qū)送電線路基礎(chǔ)的選型設(shè)計(jì)

        2009-04-29 11:33:07袁勝登
        沿海企業(yè)與科技 2009年9期
        關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        [摘要]文章結(jié)合220kV安螺線解口入賢令山變電站送電線路工程的實(shí)際情況,分析探討覆冰地區(qū)送電線路工程中基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)的一些原則,并總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)。為以后覆冰地區(qū)線路工程的基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)提供參考。

        [關(guān)鍵詞]基礎(chǔ)形式;基礎(chǔ)設(shè)計(jì);抗傾覆穩(wěn)定性

        [作者簡(jiǎn)介]袁勝登,廣東省電力設(shè)計(jì)研究院助理工程師,研究方向:電力工程土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),廣東廣州,510663

        [中圖分類號(hào)]TM75

        [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

        [文章編號(hào)]1007-7723(2009)09-0117-0002

        一、送電線路工程地基基礎(chǔ)的概況及特點(diǎn)

        架空送電線路基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)與施工中具有明顯的行業(yè)特點(diǎn):

        首先,送電線路工程往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里甚至上千公里,經(jīng)過(guò)地區(qū)的氣候、水文、地形地質(zhì)條件差異巨大,施工工地“點(diǎn)多面廣”,受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、材料運(yùn)輸困難、大型機(jī)械設(shè)備難以進(jìn)場(chǎng)等條件的制約,因此線路基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)和施工中需要考慮的邊界條件較多。

        其次,桿塔基礎(chǔ)所承受的荷載特性復(fù)雜,基礎(chǔ)在承受拉,壓荷載作用的同時(shí),還承受著較大的水平荷載作用。通常情況下,桿塔基礎(chǔ)抗拔和抗傾覆穩(wěn)定性是其設(shè)計(jì)控制條件,而建筑等其他行業(yè)基礎(chǔ)下壓穩(wěn)定性才是其設(shè)計(jì)控制條件,與桿塔基礎(chǔ)差異較大。

        二、覆冰地區(qū)送電線路工程的基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)

        送電線路工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工應(yīng)遵循的原則有:安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、滿足工期、因地制宜、保護(hù)環(huán)境、技術(shù)先進(jìn),等等。根據(jù)以上原則,覆冰地區(qū)送電線路工程可以選擇的基礎(chǔ)形式有:(1)最普通的大開挖基礎(chǔ);(2)掏挖類基礎(chǔ)。各類基礎(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件見(jiàn)表1。

        經(jīng)上述比較,只要地質(zhì)條件滿足要求,應(yīng)該優(yōu)先采用掏挖類基礎(chǔ),當(dāng)不能滿足時(shí)采用大開挖基礎(chǔ)。

        (一)大開挖基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        大開挖基礎(chǔ)型式較多,按基礎(chǔ)對(duì)地基的影響可分為軸心基礎(chǔ)(基礎(chǔ)中心在塔腳的垂直線上)和偏心基礎(chǔ)(基礎(chǔ)中心在塔腿主材的延長(zhǎng)線上);按基礎(chǔ)本體受力狀態(tài)可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ);按基礎(chǔ)主柱的形態(tài)又可分為直柱基礎(chǔ)和斜柱基礎(chǔ)。無(wú)論按何種分類,在送電線路工程中,大開挖基礎(chǔ)一般統(tǒng)稱為板式基礎(chǔ)。廣東電力設(shè)計(jì)研究院常用的板式基礎(chǔ)如圖1所示,其中等截面斜柱柔性基礎(chǔ)是該院結(jié)合多年工程經(jīng)驗(yàn)獨(dú)立研發(fā)的新型基礎(chǔ)。

        板式基礎(chǔ)與掏挖類基礎(chǔ)相比,最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是施工速度快、工期短、受地下水影響小。

        鋼筋混凝土現(xiàn)澆板式基礎(chǔ)在地形平緩的塔位應(yīng)用較多,與鐵塔的連接方式有兩種,即地腳螺栓式和角鋼斜插式。

        角鋼插入式的板式基礎(chǔ),鐵塔主材所產(chǎn)生的內(nèi)力不是作用在主柱頂上,而是直接傳遞到基礎(chǔ)底板。當(dāng)基礎(chǔ)下壓時(shí),主材內(nèi)力傳到基礎(chǔ)底板中心,由此產(chǎn)生的水平分力由側(cè)向土抗力承受,垂直分力使基礎(chǔ)底板中心受壓。由于偏心距較小,塔腿斜材的水平力在基礎(chǔ)底板處產(chǎn)生彎矩也小,所以底板配筋較小。當(dāng)基礎(chǔ)上拔時(shí),鐵塔主材的上拔力由斜插式的主角鋼承受,其配筋計(jì)算僅考慮斜材的水平分力和垂直分力,一般按構(gòu)造配筋即可滿足要求。

        角鋼斜插式板式基礎(chǔ)比地腳螺栓式板式基礎(chǔ)要節(jié)約混凝土和鋼材。若在山地和丘陵地帶使用斜柱式基礎(chǔ),對(duì)施工過(guò)程中的基礎(chǔ)根開控制和插入角鋼的就位要求較高。若設(shè)計(jì)考慮不周或施工不當(dāng),極易引起基礎(chǔ)外側(cè)邊坡不夠或基礎(chǔ)根開不準(zhǔn)。因此,山地和丘陵地帶較平緩場(chǎng)地的板式基礎(chǔ)(不易掏挖成形的)可以采用斜柱式,但在山坡較陡的塔位最好采用地腳螺栓直柱式基礎(chǔ)。

        由于轉(zhuǎn)角塔和終端塔施工時(shí)基礎(chǔ)頂面需要預(yù)偏,當(dāng)轉(zhuǎn)角度數(shù)大于300以上時(shí)預(yù)偏值較大,對(duì)插入角鋼的預(yù)偏值很難計(jì)算準(zhǔn)確。因此,雖然在綜合造價(jià)上斜柱基礎(chǔ)較高,但為了配合采用地腳螺栓與塔腳連接構(gòu)造的需要,對(duì)于30°~60°轉(zhuǎn)角塔、60°~90°轉(zhuǎn)角塔及終端塔宜采用偏心剛性基礎(chǔ)。

        結(jié)合2008年初冰災(zāi)粵北地區(qū)倒塔的實(shí)際情況,角鋼插入式的板式基礎(chǔ)在塔腿與基礎(chǔ)連接處的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于地腳螺栓連接方式的板式基礎(chǔ),這是因?yàn)閷?dǎo)地線不均覆冰控制工況和融冰情況下產(chǎn)生縱向不平衡張力以及水平扭矩對(duì)插入角鋼的破壞遠(yuǎn)大于地腳螺栓,而且插入角鋼破壞后修復(fù)比較困難,建議20mm冰及以上重冰區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)宜采用地腳螺栓連接方式。

        (二)掏挖類基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        掏挖類基礎(chǔ)的最大特點(diǎn)是能夠充分利用地基原狀土的力學(xué)性能,提高基礎(chǔ)的抗拔、抗傾覆承載能力。具有開挖土方量小、鋼材用量少、節(jié)省模板、施工簡(jiǎn)單、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)。掏挖基礎(chǔ)(人工挖孔樁基礎(chǔ))由于發(fā)揮了原狀土的粘聚力及側(cè)向土抗力,露出地面高度可根據(jù)塔位地形與鐵塔長(zhǎng)短腿自由配合,做到不開施工基面直接進(jìn)行基坑開挖,在施工中避免了大開挖及支模板,對(duì)位于陡坡地形的塔位在安全性、經(jīng)濟(jì)效益及對(duì)環(huán)境的保護(hù)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

        該類與大開挖基礎(chǔ)相比大幅減少了基面土石方量,保護(hù)了塔基自然環(huán)境及塔位的穩(wěn)定,從綜合效應(yīng)來(lái)看,具有明顯的優(yōu)勢(shì)。按設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn),本工程中人工挖孔樁基礎(chǔ)大量用于塔位范圍內(nèi)沒(méi)有地下水涌出的各種直線型塔及轉(zhuǎn)角塔。

        (三)巖石(嵌固式)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        巖石嵌固式基礎(chǔ)適用于各種風(fēng)化程度的巖石,它采用人工掏挖成型,能充分利用巖石自身的強(qiáng)度抵抗基礎(chǔ)外荷載,既減少了石方開挖量,環(huán)保效益顯著,又大大減少混凝土的使用量,在山區(qū)使用較合理,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

        巖石嵌固式基礎(chǔ)優(yōu)點(diǎn)突出的同時(shí)也具有明顯的缺點(diǎn)。

        (1)巖石嵌固基礎(chǔ)需要一定面積的防風(fēng)化保護(hù)層,施工時(shí)盡量不用爆破以免破壞巖體結(jié)構(gòu)。

        (2)巖石嵌固基礎(chǔ)主柱露高不能太大,否則基礎(chǔ)剛度不夠,而且不能埋太深,否則施工時(shí)需要大量的防護(hù)措施。

        (3)巖石嵌固基礎(chǔ)需要較強(qiáng)的施工工藝,需要挖成圓形并保持錐度。

        本工程由于受施工工期以及施工單位技藝水平的限制,巖石嵌固基礎(chǔ)這種具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)形式并沒(méi)有被大量使用。

        三、工程實(shí)例分析

        (一)雙向偏心板式基礎(chǔ)與人工挖孔樁基礎(chǔ)的比較

        結(jié)合220kV安螺線解口入賢令山變電站送電線路工程實(shí)際情況,現(xiàn)在選取30°~60°轉(zhuǎn)角塔JB622在山地類型主柱露高為1.5m的兩種基礎(chǔ)形式進(jìn)行比較分析:

        如表2所示,板式基礎(chǔ)與人工挖孔樁基礎(chǔ)比較在綜合造價(jià)上有一定的優(yōu)勢(shì),而且施工工期較短,受地下水的影響也小,在地形條件允許下,本工程盡量使用板式基礎(chǔ)。不過(guò)在地形較為陡峭或者邊坡條件不好的塔位,本工程都使用了人工挖孔樁基礎(chǔ),考慮到環(huán)保因素,從盡量減少大面積開挖和減少土石方量的這個(gè)角度看,選取人工挖孔樁基礎(chǔ)較為合適。

        (二)線路基礎(chǔ)施工應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

        1、為防止山洪沖毀鐵塔,在距離山頂較遠(yuǎn)、塔位周圍地形容易形成匯水面的塔位,應(yīng)構(gòu)筑排水溝,排水溝應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形順坡修建,排水口應(yīng)遠(yuǎn)離塔位。

        2、施工場(chǎng)地清理及基坑開挖,應(yīng)保留塔位中心樁,作為校核柱頂標(biāo)高、基礎(chǔ)埋深的參考標(biāo)志。若不能保留,應(yīng)將中心樁引出。

        3、對(duì)于根開較小的直線塔,不宜設(shè)計(jì)成高低腿。

        4、土體較為不穩(wěn)定的塔位處,應(yīng)構(gòu)筑護(hù)坡。護(hù)坡施工時(shí),必須保證嵌入部分的地基穩(wěn)定性,必須適當(dāng)留有滲水孔。

        四、結(jié)語(yǔ)

        如何確定覆冰鐵塔基礎(chǔ)型式應(yīng)依賴于對(duì)水文地質(zhì)條件作深入詳盡的了解,根據(jù)工程的實(shí)際情況,遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、滿足工期、因地制宜、保護(hù)環(huán)境、技術(shù)先進(jìn)等六大原則。確定合適的基礎(chǔ)型式可以大大降低工程本體投資,并為超高壓送電線路安全可靠地運(yùn)行提供有力保證。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(DL/T5219-2005)[s]

        [2]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)[s]

        [3]500kv架空送電線路勘測(cè)技術(shù)規(guī)程(DL/T5122-2000)[s]

        [4]魯先龍,程永鋒,我國(guó)輸電線路基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀與展望[J],電力建設(shè),2005,(11)

        [5]馬東波,巖石基礎(chǔ)在山區(qū)的應(yīng)用分析[J],寧夏電力,2004年增刊

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