林文玉

（福建永福工程顧問有限公司　福建　福州　350108）

淺析輸電線路鐵塔基礎設計與優(yōu)化

林文玉

（福建永福工程顧問有限公司福建福州350108）

隨著我國電力事業(yè)的不斷持續(xù)發(fā)展，輸電線路鐵塔基礎的設計問題也受到了普遍的關注。由于鐵塔的基礎工程很容易受到具體的環(huán)境因素與其他不利的人為因素的影響，而導致整體的質量達不到國家規(guī)定的標準。本文主要探討的是影響輸電線路鐵塔基礎設計的因素，著重指出了優(yōu)化輸電線路鐵塔基礎設計的具體措施。

輸電線路；鐵塔基礎；設計；優(yōu)化

基礎工程是輸電線路工程體系的重要組成部分，其設計的優(yōu)劣直接關系線路工程的安全運行、工程造價控制和工程對環(huán)境的影響程度。因此必須通過一系列的方法和手段，不斷優(yōu)化和加強鐵塔基礎設計的合理性與科學性，才能更好地避免由于發(fā)生事故而造成的電網(wǎng)癱瘓，給人們的日常生活帶來安全威脅與不必要的財產(chǎn)損失。

1　影響輸電線路鐵塔基礎設計的因素

鐵塔主要是利用基礎將實際所承受的各種荷載傳遞到地基之中的，因此對于鐵塔基礎的設計顯得尤為重要，尤其是在一些超高壓甚至特高壓輸電線路的設計上。輸電線路鐵塔基礎在實際的設計選型過程中會受到方方面面因素的影響，要結合具體塔位的地形及水文條件特征，還要考慮到地基本身的復雜性靈活地選擇。整體設計要從線路的安全性與可靠性出發(fā)，充分考慮上部鐵塔傳遞的荷載特點，還要考慮鐵塔和輸電線路所處的位置，考慮基礎與鐵塔二者之間的作用與實際的受力情況。鐵塔基礎埋深并不是很深，因此在具體設計之前必須充分考慮到一些可能影響到它的因素。①輸電線路的鐵塔基礎設計一定要綜合分析鐵塔的受力特點，總結出具體的規(guī)律。可以利用一些專業(yè)的軟件對基礎的受力情況進行全面系統(tǒng)的分析，得到最準確的基礎底部承受的上部壓力數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)對地基的實際承載力進行精準的計算。②要考慮到塔位地質情況，了解地基強度以及具體的特點。由于基礎是鋼筋混凝土澆制而成，與實際地基土的剛度存在很大的不同，因而只有結合實際的地質環(huán)境，了解到基礎受力與土層之間的關系，才會避免基礎底板出現(xiàn)彎曲或者由于受壓過大而出現(xiàn)基礎變形。③要結合施工工藝特點，選擇符合實際的設計理論和基礎材料，按照實際的受力情況合理配置基礎鋼筋，避免由于配筋發(fā)生偏差而導致基礎結構設計的不合理，導致鐵塔的實際抗傾覆性差，避免給日后的工程施工埋下巨大的隱患。

2　輸電線路鐵塔基礎型式選擇和優(yōu)化的基本原則

在基礎方案選擇時，應遵循下面的原則：

（1）應符合相關法律、法規(guī)及規(guī)范、規(guī)定要求。

（2）應注重環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。在安全、可靠的前提下，盡量做到經(jīng)濟、環(huán)保，減少施工對環(huán)境的破壞。應盡可能充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好力學性能，因地制宜采用原狀土基礎。

（3）充分發(fā)揮每種基礎型式的特點，結合地形、地質特點及運輸條件，綜合分析比較，選擇適宜的基礎型式，注重施工的可操作性和質量的可控制性。

（4）對不良地基，提出特殊的基礎型式和處理措施。

基礎的設計優(yōu)化應遵循以下主要原則：

（1）優(yōu)化計算采用的理論、計算公式應合理、科學，有權威的、經(jīng)過論證并發(fā)布的理論依據(jù)及相關研究、試驗結果作為支持，一般應具有現(xiàn)場試用的經(jīng)驗。

（2）對環(huán)境的影響較小，符合節(jié)能減排的要求，充分貫徹環(huán)境友好型的原則。

（3）經(jīng)濟性指標合理，應用效益顯著。

（4）基礎型式對現(xiàn)場地形、地質及交通運輸條件的適用性強。

（5）充分考慮施工難度及現(xiàn)場的可操作性。

3　優(yōu)化輸電線路鐵塔基礎設計的具體措施

對于輸電線路鐵塔基礎設計的過程，不僅要遵循結合當?shù)氐牡刭|、地貌、水文條件等的設計原則，同時也要采取其他合理的措施，提高實際設計的優(yōu)化程度。

3.1加強鐵塔基礎結構的設計安全

目前，架空輸電線路常用的基礎型式主要有原狀土基礎和開挖回填類基礎兩大類，由這兩大類又可延伸出其它許多基礎型式。每一種類型基礎都有自身的特點及其適用條件，因此對于基礎型式的選擇一定要充分結合實際的地理環(huán)境，結合具體地質、地貌、水文特點、施工條件等多方面的綜合因素進行考慮，一定的不能夠按照自己的主觀想法隨便地選取，要選擇最適合的類型的才行。設計師在實際的設計過程中還要充分考慮鐵塔的整體穩(wěn)固性、安全性、經(jīng)濟性，要精準地計算出鐵塔的基礎受力情況，才能有助于更加科學地選擇適合的塔基類型。

3.2提高鐵塔基礎的選型分析

對于輸電線路的鐵塔基礎設計可以進行不同的分類選型。開挖回填類基礎主要有板式基礎、臺階式基礎和聯(lián)合式基礎。原狀土基礎主要有掏挖基礎、巖石基礎和樁基礎三大類。

（1）板式基礎。這種基礎的特點是適應地質條件廣，施工方法簡便，是目前工程設計中較為常用的基礎型式，在具備機械開挖條件時，施工效率可大大提高。缺點是此種基礎對土體擾動較大，回填土雖經(jīng)夯實后亦難恢復到原狀土結構強度，且開挖量大、棄土易造成滑坡，影響基礎穩(wěn)定，植被破壞和水土流失嚴重，塔位環(huán)境易破壞，從而影響基礎穩(wěn)定，在山區(qū)斜坡地面處的塔基位置往往形成人工高邊坡，容易崩塌滑坡造成基礎滑移。根據(jù)基礎立柱是否向塔位中心傾斜，板式基礎可分為直柱基礎和斜柱基礎。在實際的設計過程中，設計師需要結合坡度的實際情況，對基礎柱子的正面和底板的面積進行科學合理的設計，在一些地板上相對比較薄的地方，必須設計添加鋼筋加固的結構，以更好地增強地基的牢固程度。

（2）臺階式基礎。由于這種選型方式的對于的基礎的穩(wěn)固性特別高，因而相對而言應用的比較常見。它無需在基礎內(nèi)部放置鋼筋，只要把握和控制好基礎地板的臺階高度即可。這種類型不需要太多的鋼筋材料，只需要合理控制混凝土的用量，因而如果在一旦發(fā)現(xiàn)設計與實際施工存在某些不一致的地方就可以根據(jù)實際情況靈活地調(diào)整。由于這種方式具有很強的靈活性，因而可以大大地提高施工效率，縮短工期。臺階式基礎一般用于承載力好，壓縮性較小的地基，可分為直柱式和斜柱式。目前，此類基礎僅用在地下水位較高等特殊條件的塔位。

（3）聯(lián)合基礎。這類基礎埋置于經(jīng)夯實的回填土體內(nèi)的，承受較大傾覆力矩，由于施工較復雜且耗用材料又多，故只有在荷載大、地基差的條件下，用其它類型基礎在技術上有困難時方可采用。聯(lián)合基礎適用于地下水位較高基礎需淺埋、基坑不易開挖成型且地基易產(chǎn)生不均勻沉降的塔基，基坑開挖一般在3m之內(nèi)。

（4）掏挖基礎。這種類型的設計對基礎地板和實際荷載能量的要求比較高。這種類型的操作工序比較簡單，只需將提前制作好的土胎安全地放到地板上就行了，不需要像其他類型一樣反復地進行填土，因而大大節(jié)省了施工過程中的人力成本，而且也避免的填土過程中對環(huán)境和植物帶來的破壞。但是這種方式受到土地的水文環(huán)境因素制約比較強，在具體的施工前一定要充分考慮到地下水位的特帶你，要反復到實地進行勘察、研究、分析，明確基礎不會受到水位的升降影響而影響到實際的工程質量。目前主要采用的掏挖基礎型式有直掏挖基礎和斜掏挖基礎，直掏挖基礎可分為全掏挖和半掏挖。斜掏挖基礎兼具原狀土基礎與斜柱式基礎的優(yōu)點，但對地質條件及施工工藝要求均較高。另外，還可采用直掏斜插式掏挖基礎與帶斜柱直掏挖基礎，在保護環(huán)境及減少基礎材料用量方面均有顯著效果。直掏斜插式掏挖基礎可在柱頂設置偏心。

（5）巖石基礎。如果輸電線路的基礎不得不設置在一些風化的巖石上的時候，采取其他的方式可能就會受到一定的限制，因而必須采用這種設計方式來具體應用。由于工程需要的露天的巖石上進行，因而在實際的過程中必須充分考慮到巖石的硬度以及具體的特點，合理安排和利用的施工材料。這種方式雖然實際的施工難度有些大，但是減少了對土地地表層的植被破壞，在一定程度山也可以減少水土流失，因而只要突破了巖石作業(yè)的施工技術，也可以被廣泛應用。輸電線路工程中常用的巖石基礎型式有直錨式、承臺錨桿式和嵌固式。直錨式巖石基礎由于基礎本身的承載力不高，僅適用于基礎力較小的桿塔。

（6）樁基礎。目前輸電線路中采用的樁基礎主要是鉆（沖）孔灌注樁基礎和人工挖孔樁基礎，人工挖孔樁基礎施工開挖量較小，對環(huán)境破壞小，適用于地下水較深的土、強風化巖石塔位。鉆（沖）孔灌注樁基礎一般用于土質較差、持力層較深的可塑、軟流塑的水田河網(wǎng)地區(qū)及需抵抗水流沖刷及飄流物撞擊的河道跨越位置等，采用鉆機鉆出樁孔或利用沖孔機的沖錘沖擊成孔?；A施工需要大型機具，施工工藝要求較高、施工難度大，成樁后需進行基樁完整性檢測或同時進行承載力檢測，且對成孔機械進出場條件要求較高，施工費用較高。另外，施工過程中廢棄泥漿、油污等對環(huán)境存在一定污染。

3.3重視鐵塔基礎的細節(jié)檢查

要想保證整個的工程質量，除了采取科學合理的設計方法，選用適合設計類型外，還必須充分關注到每個基礎設計存在的一些細節(jié)方面的問題，有效的查缺補漏，促進整個工程設計的完善。例如，在實際的鐵塔基礎設計過程中要仔細地查看在對地基的承載力計算時，實際的數(shù)值是否控制達到了的80%以內(nèi)的；對地基的對上層的荷載能力是否進行了充分的測試，是否充分考慮到了地基的沉降問題；對基礎結構的設計是否充分考慮到了的結構整體的穩(wěn)固性而對地基進行了良好的加固處理，避免出現(xiàn)地基變形等嚴重問題；在基礎設計過程中還必須提高實地勘察的質量，真正做到前期的工程設計與實際的工程施工有充分的一致性。

4　總結

綜上所述，鐵塔基礎的設計研究，對保障輸電線路的安全運行具有重要的意義。只有根據(jù)不同的地形條件并且結合地質的具體特點，才能進行科學合理的基礎選型工作，在一定程度上降低工程造價。科學合理的輸電線路鐵塔基礎設計，不但可以維護和保證輸電鐵塔的穩(wěn)定與安全，更能夠轉變我國電力工作中環(huán)保、節(jié)約、優(yōu)化的設計理念，從而更好地推動我國電力事業(yè)的發(fā)展，而且也最大限度地實現(xiàn)了整個輸電線路的安全運行。

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TM726

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1673-0038（2015）23-0250-02

2015-5-25

林文玉（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事高壓輸電線路結構設計工作。