陶冶

摘要：高壓鐵塔是輸電線路的重要支撐設施，其基礎構造與輸電線路的穩(wěn)定運行直接相關，因此從電力輸電安全角度來講，輸電線路鐵塔基礎選型設計研究具有重要作用。據(jù)此，本文結合影響高壓鐵塔基礎選型的因素，淺析高壓輸電線路鐵塔基礎選型設計及其優(yōu)化。

關鍵詞：輸電線路；鐵塔；基礎設計

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

0引言

我國輸電線路建設的升級增加了高壓鐵塔的承重荷載，從而影響了鐵塔基礎的穩(wěn)定性和安全性。鐵塔基礎一般易受滑坡、水文地質等非人為因素及施工工藝不良、設計方案欠合理等人為因素的影響，即可能造成鐵塔基礎沉降、位移或變形，甚至引起鐵塔倒塌。輸電線路工程中的人力消耗、材料、進度和造價等的占比較大。據(jù)此，在高壓輸電線路鐵塔基礎工程中，應針對不同的影響因素，選取相應的鐵塔基礎型式。分別針對在軟土地基與巖石地基環(huán)境下，高壓輸電線路鐵塔基礎選型的設計與優(yōu)化。

1軟弱地基環(huán)境下鐵塔基礎選型的優(yōu)化設計

輸電線路工程應按既定的路徑敷設線路，因此鐵塔將不可避免地分布在地質條件復雜的環(huán)境中，應根據(jù)輸電線路鐵塔的受力特征，解析其基礎型式的經濟性和安全性。根據(jù)實踐經驗，影響高壓輸電線路鐵塔基礎選型的因素包括：鐵塔所在位置所決定的土力學性質；鐵塔與基礎的相互作用和受力變形特征。因此，在聯(lián)合式高壓輸電線路鐵塔基礎設計中，應明確鐵塔基礎的受力規(guī)律。

1.1基礎的受力規(guī)律

針對聯(lián)合式輸電線路鐵塔基礎，其主要特征是埋深淺，因此可通過整體澆制基礎來解決板式基礎上撥、基坑開挖難度大及基礎根開小等問題，且應先確定高壓鐵塔基礎受力的規(guī)律，即利用ANSYS有限元軟件分析高壓鐵塔基礎的荷載，由此得到基礎底部邊緣所受上部荷載壓力的最大值，此時基礎底部所受拉應力最大，究其原因是鐵塔基礎的主要制作材料一般為鋼筋混凝土，而其剛度與土壤的差別較大。據(jù)分析，土體位移點的最大值出現(xiàn)在基礎底部，且高壓鐵塔基礎底部中心點到土層的距離與其沉降位移量呈反比，但無論土層如何加深，應力依然存在。據(jù)此，若將聯(lián)合式基礎應用在軟弱土塔位中，則應先準確計算出土層地基的承載力，并標明鐵塔基礎底部的尺寸；而若將其應用在土層較硬的環(huán)境中，鐵塔基礎下部極易出現(xiàn)受壓、彎曲等問題，則在高壓鐵塔基礎設計時，應先詳細勘察線路敷設沿線的地質情況，然后再據(jù)此確定配筋比例，以免配筋偏差破壞鐵塔基礎。

1.2目標函數(shù)

綜上分析，輸電線路沿線的地質條件及鐵塔基礎所受的外力將會對鐵塔基礎的選型產生影響，而一旦將塔型和塔距確定，便可確定鐵塔基礎所受的承載力。其中，鐵塔基礎的尺寸和型式取決于其所在地土層的特性，而鐵塔基礎承載力的標準值則可通過土層參數(shù)加以確定，注意根據(jù)土層參數(shù)所得的基礎深度與寬度修正系數(shù)、底板上土的加權重度均值、地面下土的重度、基礎埋深與基礎的承載力特征值相關，即基礎承載力的特征值應比由鐵塔基礎荷載所決定的基礎自重力大。據(jù)此可得，目標函數(shù) ，其中， 表示基礎承載力特征值的修整值； 表示基礎承載力的標準值； 表示基礎寬度的修正系數(shù)； 表示基礎深度的修正系數(shù)； 表示地面下土的重度； 表示底板上土加權重度的平均值； 表示基礎寬度； 表示基礎的埋深。根據(jù)這一目標函數(shù)可知，應通過詳細勘察，準確確定鐵塔基礎的持力層所在，這是優(yōu)化高壓輸電線路鐵塔基礎選型設計的重要條件。

1.3工程概況

在某輸電線路鐵塔基礎工程中，廣泛分布有軟土層，且通過對線路沿線的地質情況進行勘察發(fā)現(xiàn)，其土層的物理指標如表1所示。

根據(jù)表1所示的土層物理指標，并結合前文所述的鐵塔基礎受力特征及據(jù)此所建立的目標函數(shù)，可確定將聯(lián)合式鐵塔基礎應用在本工程中具有可行性。另據(jù)表1所列數(shù)據(jù)，該輸電線路鐵塔基礎的持力層應選在第二層，即粉砂層，而據(jù)此便可確定鐵塔基礎的埋深和尺寸。

綜合上述內容，與獨立式鐵塔基礎相比，聯(lián)合式鐵塔基礎具有整體性好和穩(wěn)定性高的優(yōu)點，同時根據(jù)這一地區(qū)軟土層分布廣泛且線路為中等荷載的條件，最終確定選擇聯(lián)合式鐵塔基礎。但在鐵塔基礎選型中，首先應算出基礎的承載力及優(yōu)選控制數(shù)值，聯(lián)合式鐵塔基礎的承載力一般應小于設計值的4/5；其次，在軟土層上，聯(lián)合式鐵塔基礎的埋深較淺，則這一做法既可提高基礎的排水效果，又可提高原地基表層原狀土硬殼層在整個工程中的作用。另外，在軟弱土層上，聯(lián)合式鐵塔基礎易因內、外在因素的影響而出現(xiàn)沉降量累積。其中，在內在因素的影響下，鐵塔基礎易發(fā)生下列兩種變形：一是由鐵塔負載分布失衡引起的合理變形，其是一種合理的鐵塔形態(tài)位移，且其會在時間的推進中不斷趨于穩(wěn)定；二是鐵塔施工負載分布偏離設計分布所致的變形，一般從局部上來看，這種變形的危害較小，但從變形的累積效應而言，其將會嚴重威脅鐵塔的安全。在外在因素的影響下，鐵塔易發(fā)生如下變形：一是基礎變形，即基礎土壤在鐵塔的重力壓實作用下發(fā)生沉降；二是由風力因素、季節(jié)性地下水變化、周期性溫度變化和地基構造不均等所致的地基沉降。據(jù)此，針對初次用到的鐵塔基礎，應先分析和計算其變形情況，應將其最大壓力側變形幅值控制在20mm以內，以免地基沉降變形引發(fā)局部開裂等質量問題。

2巖石地基環(huán)境下鐵塔基礎選型的優(yōu)化設計

某500kV線路沿線分布了大量存在嚴重風化的裸露基巖，且這些巖石的類型包括凝灰?guī)r、石炭系砂巖、花崗巖和砂頁巖等。在真型試驗中，決定選取兩種巖石基礎為測量點，即Y40、Y40+2.5，其中Y40區(qū)為巖體風化嚴重的砂頁巖結構，且其表層覆有厚約50mm的基土，而Y40+2.5區(qū)分布有淺灰色的石炭系砂巖，且其表層夾雜了風化沙礫。據(jù)此，該線路沿線以巖石地質為主，具體為風化嚴重的軟質巖石，則選用Y型嵌固式鐵塔。一般而言，巖石嵌固基礎的穩(wěn)定性主要取決于上撥力，而利用巖石表面等垂直分量可抵消這一上撥力，其中在這些垂直分量中存有極限強度 。因此，在巖石地基環(huán)境下，高壓輸電線路鐵塔基礎的承重與尺寸設計應突出對 （kN/m2）的控制。

通常而言，Y倒錐體側的表面積 ，則巖石極限抗剪力的垂直分量 ，由于鐵塔基礎的上撥力應比巖石極限抗剪力的垂直分量小，則可得 。在上述函數(shù)式中， 表示基礎上撥的安全系數(shù)； 表示基礎設計上撥力，kN； 表示基礎的預埋深度，m； 表示Y型基礎底部的直徑，m。據(jù)此，便可設計出測試點Y40與Y40+2.5處的開挖尺寸，詳見表2。

參照表2所示參數(shù)開展鐵塔基礎施工，并在鐵塔基礎竣工后，用500t油壓千斤頂、應變測量儀和靜載儀測量基礎。測量結果表明，測試點Y40和Y40+2.5在4200kN上撥力條件下的位移量很小，則可確定表2所示的設計參數(shù)滿足工程要求。

3結語

為了保證輸電線路的可靠運行，應結合實際優(yōu)化鐵塔基礎的選型設計，并針對不同的地質條件，制定針對性的處理方案和基礎設計方案。本文根據(jù)影響高壓輸電線路鐵路基礎選型的因素，淺析了聯(lián)合式基礎在軟土地基環(huán)境中的應用，然后再簡要論述了Y型嵌固式在巖石地基環(huán)境中的應用，注意無論采用何種型式，在設計中，都應先開展線路沿線地質勘察，并根據(jù)勘察結果分析鐵塔基礎的受力特征，最后再采用相關函數(shù)對其設計參數(shù)加以優(yōu)化，以保證鐵塔基礎穩(wěn)定級輸電線路安全運行。

參考文獻：

[1]吳力.試論輸電線路鐵塔基礎選型設計及其優(yōu)化[J]. 機電信息，2014，03：133+135.

[2]王明洲，李陶，劉艷.L波段雷達衛(wèi)星監(jiān)測采空塌陷區(qū)及輸電鐵塔基礎變形研究[J]. 測繪通報，2014，07：58-62.

[3]王麗彬，袁廣林，王永安，等.煤炭采動區(qū)高壓輸電鐵塔保護技術現(xiàn)狀分析[J]. 內蒙古電力技術，2015，01：21-25.