張李黎 趙鑫 李世鳴

（中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院安徽合肥230022）

大高差塔位優(yōu)化處理方案的應(yīng)用研究
——以±800kV直流輸電工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為例

張李黎 趙鑫 李世鳴

（中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院安徽合肥230022）

本文以±800kV直流輸電工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為例為例，現(xiàn)分別取典型直線、轉(zhuǎn)角塔的坡度、根開等數(shù)據(jù)，分析在不同地勢(shì)坡度時(shí)的級(jí)差和露頭尺寸，給出了帶斜柱樁基礎(chǔ)、單柱斜塔架、帶拉桿支撐的單柱塔架等陡峭山區(qū)塔位處理方案。

大高差塔位；坡度；帶斜柱樁基礎(chǔ)；單柱斜塔架；帶拉桿支撐的單柱塔架；處理方案

1 不同地形條件下坡度與塔腿的高差關(guān)系

要形成大高差塔位的處理方案，就得先明確塔位坡度與塔腿的高差關(guān)系。線路走向往往可能與山坡走勢(shì)形成任意夾角，但總可以由兩種極端情況來進(jìn)行劃分：①線路與山坡橫向平行，反映到塔腿上為左右兩兩不等高（鐵塔順坡向布置）；②線路與山坡橫向成45°夾角，反映到塔腿上為對(duì)角線與山坡縱向平行，對(duì)角線塔腿形成最大高差（鐵塔45°坡向布置）。

根據(jù)以往±800kV直流輸電工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)分別取典型直線、轉(zhuǎn)角塔的坡度、根開等數(shù)據(jù)，分析在不同地勢(shì)坡度時(shí)的級(jí)差和露頭尺寸。

表1 不同坡度對(duì)應(yīng)塔腿高度差（桿塔順坡向布置）

1.1 當(dāng)坡度≤30°時(shí)

從上述圖表可以看出，當(dāng)坡度≤30°時(shí)，鐵塔在順坡向布置時(shí)，要求直線塔塔腿最大高差一般在10m以內(nèi)，轉(zhuǎn)角塔在12m左右。通常，我們正是遵循這樣的關(guān)系來設(shè)計(jì)鐵塔長短腿的，將直線塔塔腿的最大級(jí)差一般控制在10m以內(nèi)，轉(zhuǎn)角塔控制在12m以內(nèi)。但當(dāng)坡度＞30°時(shí)，由于塔腿最大高差大幅增加，50°時(shí)達(dá)到24m左右，對(duì)于這樣的高差若仍然采用高低腿處理已經(jīng)不能滿足要求，只能對(duì)塔位的布置進(jìn)行處理。

1.2 當(dāng)鐵塔沿山坡45°方向布置時(shí)

圖1 直線塔順坡向布置時(shí)高度差

圖2 轉(zhuǎn)角塔順坡向布置時(shí)高度差

同樣可得當(dāng)鐵塔沿山坡45°方向布置時(shí)，不同坡度對(duì)應(yīng)的塔腿高差，見表1、圖1～2所示。

從以上圖表可以看出，當(dāng)坡度≤30°時(shí)，鐵塔在45°坡向布置時(shí)，要求直線塔塔腿高度差一般在13m以內(nèi)，轉(zhuǎn)角塔則在14m左右。顯然，按照順坡30°所設(shè)計(jì)的鐵塔此時(shí)仍然可以通過配合使用高低主柱基礎(chǔ)來滿足地形的需要。但當(dāng)坡度＞30°時(shí)，塔腿高差也將大幅增加，50°時(shí)將達(dá)到34m左右，這樣的高度同樣早已不適合采用高低腿布置，而是和順坡向布置一樣，需要對(duì)塔位進(jìn)行處理。

2 帶斜柱樁基礎(chǔ)方案

在陡峭山區(qū)多采用挖孔樁基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)型式可以充分利用原狀土承載力高、變形小的優(yōu)點(diǎn)，施工過程中避免了大開挖，減少了對(duì)環(huán)境的破壞，避免了對(duì)原狀土的過分?jǐn)_動(dòng)，從而大幅度提高基礎(chǔ)抗拔力。

當(dāng)?shù)貏?shì)陡峭出現(xiàn)較大露出時(shí)，在塔腿處水平力作用下，在基礎(chǔ)底部產(chǎn)生較大彎矩，會(huì)對(duì)基礎(chǔ)抗拔造成很大影響。現(xiàn)將基礎(chǔ)主柱上部做成斜柱型式，如圖3所示。

圖3 帶斜柱樁基礎(chǔ)型式

該處理方案的最大優(yōu)點(diǎn)是采用基礎(chǔ)柱頂斜柱，有效的減小了水平作用力對(duì)基礎(chǔ)承載力的影響，從而減小了基礎(chǔ)尺寸和材料耗量。缺點(diǎn)是基礎(chǔ)主柱頂部斜柱的支模和混凝土澆筑甚為困難。

3 單柱斜塔架

所謂單樁斜塔是指塔架頂部形心和底部形心的連線不與地面垂直，塔架軸心通常沿著塔腿主材方向傾斜。該方案吸取了帶斜柱樁基礎(chǔ)方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，為了避免斜柱的支模和混凝土澆筑困難而將斜柱部分改為鋼結(jié)構(gòu)塔架，有效的結(jié)合了單柱塔架和混凝土斜柱的優(yōu)點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 單樁斜塔架

4 帶拉桿支撐的單柱塔架

對(duì)于直線塔，由于垂直力、水平力均不是很大，采用單樁塔架可以滿足強(qiáng)度和剛度要求。但對(duì)于轉(zhuǎn)角度數(shù)較大的轉(zhuǎn)角塔，在鐵塔塔腿根部存在相對(duì)較大的水平力，當(dāng)塔架承受如此大的水平力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，影響塔架的整體承載力，甚至?xí)?dǎo)致塔架的破壞?，F(xiàn)在鋼塔架上設(shè)置側(cè)向支撐，水平力可以通過支撐直接傳遞到基礎(chǔ)中。帶支撐單樁塔架如圖5所示。

對(duì)鋼塔架進(jìn)行壓彎和拉彎計(jì)算，可知鋼塔架自身位移對(duì)輸電鐵塔主材應(yīng)力的影響較大。當(dāng)不設(shè)置支撐時(shí)，最短腿邊塔身主材應(yīng)力大幅增大，會(huì)導(dǎo)致桿件承載力不夠，出現(xiàn)破壞情況；同時(shí)，支撐在壓彎模式時(shí)作用明顯，從計(jì)算結(jié)果得知此時(shí)支撐承受的為拉力，而在拉彎模式中，鋼支撐中應(yīng)力較小，且此時(shí)有無支撐對(duì)主材應(yīng)力影響很小。因此可以判定支撐在受荷過程中主要起拉桿作用，故在設(shè)計(jì)支撐時(shí)，可以只設(shè)置拉桿作為支撐型式。

圖5 帶支撐單樁塔架

本工程線路在地勢(shì)較為陡峭，以巖石為主的山區(qū)。設(shè)計(jì)鋼塔架支撐時(shí)，可以考慮設(shè)置巖石嵌固錨桿來作為支撐。具體需要采用何種規(guī)格錨桿，需要通過具體計(jì)算確定。錨桿與前文介紹過的鋼桁架支撐相比，不僅制作方便、布置靈活，而且施工方便，造價(jià)便宜，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

5 小結(jié)

根據(jù)上述分析，給出了陡峭山區(qū)塔位處理方案（見表2）。

表2

[1]《±800kV直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50790-2013）.

[2]《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5219-2014）.

[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）.

[4]胡再強(qiáng)，王軍星，劉蘭蘭，焦黎杰.褥墊層作用下復(fù)合地基抗震性能有限元分析[J].巖土力學(xué)，2008（S1）.

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[6]鮑鵬，姜忻良，盛桂琳.勁性攪拌樁復(fù)合地基承載性能靜動(dòng)力分析[J].巖土力學(xué)，2007（01）.

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TM753

A

1004-7344（2016）28-0067-02

2016-9-20

張李黎（1985-），女，安徽淮南人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)檩斪冸姽こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

趙鑫（1983-），男，河北吳橋人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)樗碗娋€路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

李世鳴（1982-），男，河南濮陽人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)樗碗娋€路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。