謝廣采

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南 250013)

±1 100 kV直流輸電線路基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)

謝廣采

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南 250013)

針對特高壓輸電線路工程“點(diǎn)多線長、地質(zhì)復(fù)雜多變”的特點(diǎn)，介紹了我國輸電線路桿塔基礎(chǔ)工程的選型原則，并結(jié)合某±1 100 kV特高壓直流工程的實(shí)際情況，介紹了硬塑粘性土與巖石地基兩種地質(zhì)條件的鐵塔基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)方法，為今后各種地質(zhì)條件的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

基礎(chǔ)選型，輸電線路，硬塑粘性土，巖石地基

0 引言

基礎(chǔ)工程在整個(gè)輸電線路工程體系中極其關(guān)鍵，其選型設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接關(guān)系到線路工程的工程造價(jià)控制、安全運(yùn)行及項(xiàng)目對環(huán)境的影響。據(jù)國內(nèi)已投產(chǎn)和在建的特高壓輸電線路的情況來看，基礎(chǔ)整體造價(jià)占項(xiàng)目本體投資約20%～25%。為此選擇合理的鐵塔基礎(chǔ)型式以及優(yōu)化設(shè)計(jì)對降低線路工程投資和保證線路的長期安全運(yùn)行具有重大意義。

1 基礎(chǔ)方案的選擇原則

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須依據(jù)線路工程的地形、地質(zhì)和施工條件，按照“安全運(yùn)行、施工便利、注重環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性好”的原則，綜合考慮地質(zhì)和交通運(yùn)輸條件，進(jìn)行基礎(chǔ)方案的選擇與優(yōu)化。

根據(jù)我國目前已投產(chǎn)和在建的特高壓輸電線路基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)和施工情況，并結(jié)合國網(wǎng)公司某±1 100 kV直流工程地質(zhì)及桿塔基礎(chǔ)的特性，在確定基礎(chǔ)方案選型原則時(shí)，應(yīng)考慮以下四方面:1)采取合理結(jié)構(gòu)型式，減小基礎(chǔ)的水平力和彎矩，改善基礎(chǔ)的受力情況。2)充分利用原狀土的地基承載力高，且變形性小的力學(xué)性能，盡量減少大開挖基礎(chǔ)的使用，合理選擇原狀土基礎(chǔ)型式。3)注重環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、降低對地面附著物的影響。4)注重施工過程的可操作性、可連續(xù)性，且質(zhì)量可控。

2 基礎(chǔ)型式的選擇

根據(jù)甘肅當(dāng)?shù)氐墓こ痰匦渭暗刭|(zhì)特點(diǎn)，可將本工程地基概括為硬塑粘土地基、天然巖石地基和軟弱土(鹽漬土為主)地基三大類，以下根據(jù)不同的地基土特性，并結(jié)合運(yùn)輸條件分別以工程常用的Z27101直線塔為例，對基礎(chǔ)型式進(jìn)行比選，基礎(chǔ)作用力設(shè)計(jì)值如表1所示。

表1 基礎(chǔ)作用力 kN

目前，特高壓架空輸電線路中常用的基礎(chǔ)類型主要有原狀土基礎(chǔ)與現(xiàn)澆大開挖回填基礎(chǔ)兩類。由這兩大類又可以根據(jù)地質(zhì)情況，細(xì)分出其他許多基礎(chǔ)型式，如圖1所示。

本文根據(jù)不同地基土的特性并結(jié)合物料運(yùn)輸條件、經(jīng)濟(jì)型等方面，展開基礎(chǔ)方案選型探討。

2.1 硬塑粘性土地基基礎(chǔ)方案的比選

根據(jù)本工程的實(shí)際地形和勘測條件，在計(jì)算中，基礎(chǔ)露頭按700 mm考慮，采用的硬塑粘性土地質(zhì)參數(shù)為［2］:fk=250 kN/m2，γ=17 kN/m3，α=25°，c=40 kN/m2，φ=15°。

圖1 常用基礎(chǔ)型式

下面針對本工程的硬塑粘性土地基情況，分別設(shè)計(jì)計(jì)算斜柱柔性式基礎(chǔ)、直柱剛性式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)、帶翼板掏挖基礎(chǔ)、人工挖孔基礎(chǔ)及帶翼板的人工挖孔樁基礎(chǔ)，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，其工程量和造價(jià)分別如表2所示。為了更加直觀地比較各基礎(chǔ)型式綜合造價(jià)，可以繪制各類造價(jià)［3］對比圖表，如圖2所示。

表2 硬塑粘性土地基條件下各基礎(chǔ)型式工程量對比表

圖2 Z27101塔各基礎(chǔ)型式綜合造價(jià)對比圖

在進(jìn)行基礎(chǔ)選型及優(yōu)化時(shí)，應(yīng)從造價(jià)、混凝土消耗量、環(huán)保等角度進(jìn)行綜合分析。

1)工程造價(jià)角度。從表2和圖2的對比結(jié)果看出，以硬塑粘性土為主地區(qū)，對于特高壓直流直線塔而言，采用掏挖基礎(chǔ)造價(jià)最省，然后依次是斜柱柔性基礎(chǔ)、人工挖孔基礎(chǔ)、直柱剛性式基礎(chǔ)，其造價(jià)分別較直柱掏挖基礎(chǔ)高4%，6%，163%左右。當(dāng)采用帶翼板的掏挖基礎(chǔ)、帶翼板的人工挖孔樁、空心掏挖基礎(chǔ)和大直徑鋼筋混凝土筒樁時(shí)，基礎(chǔ)造價(jià)能進(jìn)一步降低，分別較掏挖基礎(chǔ)的造價(jià)降低4%，3%，18%，1%，3%。因此，推薦直線塔采用空心掏挖式基礎(chǔ)、大直徑筒樁和帶翼板掏挖式基礎(chǔ)。

2)混凝土消耗量角度。基礎(chǔ)工程的造價(jià)主要由混凝土、鋼筋、土石方以及基礎(chǔ)模板造價(jià)組成，其中混凝土是其主要組成部分。從混凝土消耗量角度來看，采用斜柱柔性基礎(chǔ)時(shí)，其混凝土量最小，便于山區(qū)運(yùn)輸，因此斜柱柔性基礎(chǔ)是一種優(yōu)化選擇。

3)環(huán)境角度。掏挖式基礎(chǔ)和人工挖孔基礎(chǔ)，可以土代模，基礎(chǔ)土石方量小，利于水土保護(hù)，對環(huán)境的破壞較小，有利于水土保持和塔基穩(wěn)定，而開挖回填類基礎(chǔ)，如斜柱柔性基礎(chǔ)和直柱剛性基礎(chǔ)土石方工程量較大，土石方臨時(shí)堆放和棄土困難，尤其是對于山區(qū)塔位，不利用自然環(huán)境的保護(hù)和水土保持。因此，從環(huán)保角度出發(fā)，推薦采用掏挖式基礎(chǔ)或人工挖孔基礎(chǔ)。

如上所述，各種基礎(chǔ)型式均有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。對于典型直線塔，宜采用原狀土類基礎(chǔ)型式，具體基礎(chǔ)方案的選擇順序?yàn)?首先考慮采用掏挖基礎(chǔ);若地形和地質(zhì)條件滿足要求，選用帶翼板的掏挖式基礎(chǔ)效果更好。

2.2 巖石地基基礎(chǔ)方案的選擇

根據(jù)本工程的實(shí)際地形和勘測條件，在計(jì)算中，假定巖石是覆蓋層薄或裸露的硬質(zhì)微風(fēng)化巖石，基礎(chǔ)露頭按700 mm考慮，采用的巖石地基土參數(shù)為:fk=500 kN/m2，γ=18 kN/m3，α=26°，c=0 kN/m2，φ=40°。

下面結(jié)合典型的巖石地質(zhì)情況，分別進(jìn)行巖石嵌固式基礎(chǔ)、巖石錨桿式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)、斜柱柔性板式基礎(chǔ)和掏挖樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，其工程量和造價(jià)分別如表3所示。

表3 巖石地基條件下各基礎(chǔ)型式的工程量對比表

為了更加直觀地比較各基礎(chǔ)型式綜合造價(jià)，根據(jù)表3可以繪制造價(jià)對比圖表，如圖3所示。

下面綜合考慮工程造價(jià)、巖性、混凝土消耗量和施工角度對巖石地基進(jìn)行基礎(chǔ)選型。

1)工程造價(jià)角度。從圖3的比較結(jié)果可以看出，對于巖石地基，從造價(jià)角度來看，采用巖石錨桿基礎(chǔ)最優(yōu)，其次是巖石嵌固式基礎(chǔ)，人工挖孔基礎(chǔ)和掏挖基礎(chǔ)基本相當(dāng)，斜柱柔性基礎(chǔ)型式造價(jià)最高，明顯不具有任何比較優(yōu)勢。

圖3 Z27101直線塔各基礎(chǔ)型式的綜合造價(jià)柱狀圖

2)巖性角度。巖石錨桿式基礎(chǔ)在覆蓋層較淺乃至裸露的微風(fēng)化硬質(zhì)巖石塔基中適用;且?guī)r石嵌固式基礎(chǔ)適用面廣，也可在中等風(fēng)化巖石中應(yīng)用;掏挖式基礎(chǔ)推薦用于覆蓋層較厚的、強(qiáng)風(fēng)化的巖石塔基。

3)混凝土消耗量角度。從表3和圖3可知，巖石錨桿基礎(chǔ)消耗的混凝土量最小，巖石嵌固基礎(chǔ)次之，因此，從混凝土消耗量角度來看，巖石錨桿基礎(chǔ)也是最優(yōu)選擇。

4)施工角度。由于巖石地基鑒定工作較繁瑣，同時(shí)受到限制較多，如施工工法工藝、塔基微地形、山體傾斜度等因素。因此，若從施工角度考慮，巖石嵌固基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)或人工挖孔樁基礎(chǔ)由于施工工藝成熟，也是巖石地基基礎(chǔ)的一種優(yōu)化選擇。

如上所述，在巖石地基覆蓋的地區(qū)，若巖石覆蓋層較薄甚至裸露的硬質(zhì)微風(fēng)化的塔基，宜采用巖石錨桿式基礎(chǔ);對巖石中風(fēng)化的塔基，選擇錨桿式基礎(chǔ)、巖石嵌固式基礎(chǔ)較好;對巖石強(qiáng)風(fēng)化、覆蓋層較厚的塔基，優(yōu)先推薦人工挖孔和掏挖式基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

本文結(jié)合±1 100 kV特高壓直流工程的地質(zhì)條件，對巖石基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、開挖回填基礎(chǔ)以及其他特殊基礎(chǔ)進(jìn)行對比分析，對±1 100 kV直流工程線路基礎(chǔ)選型得出如下結(jié)論:1)針對硬塑粘性土地基:特高壓直線塔優(yōu)先采用掏挖式基礎(chǔ);若地形、地質(zhì)條件允許，采用帶翼板掏挖基礎(chǔ)，其造價(jià)與常規(guī)掏挖式基礎(chǔ)相比節(jié)省4%。2)針對巖石地基:微風(fēng)化塔基推薦巖石錨桿式基礎(chǔ);中等風(fēng)化塔基推薦巖石錨桿式基礎(chǔ)、巖石嵌固式基礎(chǔ);強(qiáng)風(fēng)化塔基推薦掏挖式基礎(chǔ)。輸電線路不同電壓等級的基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)大同小異，都應(yīng)根據(jù)沿線地形地貌、桿塔受力、施工運(yùn)輸、環(huán)保要求以及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，合理的基礎(chǔ)型式選型可以降低線路本體投資，減少水土流失和降低對環(huán)境的破壞，同時(shí)也為線路的安全運(yùn)行提供保障。

［1］ DL/T 5219—2014，架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ 《工程地質(zhì)手冊》編寫組.工程地質(zhì)手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］ 劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用造價(jià)［M］.北京:中國電力出版社，2014.

Basis of selection and design of±1 100 kV DC transmission lines

Xie Guangcai

(Shandong Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd，Jinan 250013，China)

In light of extra-high-voltage transmission line engineering characteristics including“more points and long line，and complicated geological conditions”，the paper introduces domestic transmission line tower foundation engineering selecting principles.Combining with actual conditions of+1 100 kV direct-voltage transmission line engineering，it describes the iron tower foundation selecting and designing methods of two kinds of geological conditions including hard plastic clay and rock foundation，which has accumulated experience for foundation design with various geological conditions in future.

foundation selection，transmission line，hard plastic clay，rock foundation

TU470

A

1009-6825(2016)35-0085-02

2016-10-08

謝廣采(1982-)，男，工程師