懸吊式插入角鋼操平找正方法

武俊義，宋岷山，賈崟，郎博宇

(1.北京送變電公司，北京市，102401；2.冀北電力公司，北京市，100053)

0 引言

不等高插入式基礎以其受力合理、對環境影響較小、施工開方量少等優點，在山區輸電線路鐵塔基礎中的應用越來越多。與等高基礎插入角鋼相比，不等高基礎的插入角鋼定位操作相對比較困難，稍有不慎就可能造成基礎幾何尺寸超差，甚至返工。轉角塔基礎在施工時，需將轉角內側受壓主角鋼插腿提高一定的高度，以保證架線后整基塔不向內角側傾斜，為此需研究合理有效的施工方法，以保證既能提高受壓插腿又不至于使整基鐵塔扭轉超差。

1 插入角鋼施工方法

比較常用的插入角鋼操平找正的方法主要有3種［1-4］：(1)塔腿組合施工法。插入主角鋼與鐵塔最下段結構組裝，整體進行操平找正后，再加以臨時固定。(2)整體找正架施工法。利用整體找正架把鐵塔基礎4個腿的插入主角鋼連接成一個整體，并用“井”字形拉線將角鋼找正、固定。(3)單腿找正架施工法。將插入式主角鋼底端支撐或上端懸吊，在其上部和底部加裝調節裝置，使之能在空間三維方向細微變動，以達到設計要求參數。前2種方法適用于平原或丘陵地區的等高基礎施工，且要求塔材供應及時，施工場地較大。優點是角鋼操平找正簡單，不足之處是對現場施工場地要求較高，需配置大型找正架和大量支撐輔助材料及勞動力；第3種方法適用于等高或不等高基礎，操作靈活，所需施工輔助材料較少，尤其適用于山區材料運輸困難、施工場地有限的情況。

目前，針對山區地形條件差，材料運輸困難等特點，不等高基礎插入角鋼的定位大多采用底端支撐或上端懸吊等方式。底端支撐可以采用自制混凝土墊塊或安裝假腿等方式，此方式適用于基坑較淺、插入角鋼可以直接通過墊塊或假腿坐落于坑底的情況。對于基坑較深，而插腿設計較短的基礎，則宜采用上端懸吊法，即利用三角架懸吊角鋼，調整角鋼上下端的調節裝置進行操平找正。

2 插入角鋼控制尺寸計算

插入角鋼操平找正主要是對基礎半根開、角鋼正側面坡比、角鋼外露長度、上頂點間相對高差和半根開進行調整，使之符合設計和施工規范要求。常用的方法是：依據設計提供的基礎半根開、插入角鋼坡比、基礎頂面與中心樁基面高差、角鋼外露長度、角鋼準線距離、預留高系數(對于轉角塔)等，求出上頂點半根開、上頂點與中心樁基面高差、基礎半根開(對于有預留高的情況)、下支點半根開等數據。本文基于有無預留高的條件，對插入角鋼基礎進行關鍵控制點尺寸計算。

2.1 無預留高時角鋼控制尺寸

以基礎中心鉛垂線為z軸、以順線路方向為y軸、以橫線路方向為x軸建立坐標系，如圖1所示。為保證圖示各量數學模型與物理意義相符，規定x軸、y軸只表達量的絕對數值，不區分正負號。

圖1 無預留高插入主角鋼D腿正側面示意Fig.1 Schem atic diagram of D leg's front and side of inserted angle-steel without reserved height

以圖1中D腿處于基礎中心樁上方為例，其各控制點尺寸計算公式為

式(1)～(3)中：xds、yds分別為D腿上頂點正、側面半根開，mm；xdj、ydj分別為D腿基礎正、側面半根開，mm；e為角鋼的準線距離，mm；l1為角鋼外露長度，mm；zds為D腿上頂點與中心樁間水平距離，mm；hds、hdj分別為上頂點、基礎頂面與中心樁基面間的垂直距離，mm；α、β分別為角鋼正側面傾斜角，(°)；a、b分別為角鋼正側面(單面)的坡比。

2.2 有預留高時角鋼控制尺寸

依據文獻［6］的規定，轉角塔在架線后不應向內角側傾斜，因此在基礎施工時需要對轉角內側的基礎預留一定的高度。為滿足規范要求，可以采用基礎中心旋轉法，使基礎4條腿在以基礎中心鉛垂線為z軸、以線路水平轉角二等分線為y軸、以內角二等分線為x軸的坐標系中，以z軸為旋轉軸，整體向轉角外側旋轉，使轉角塔基礎內角側塔腿基礎提高一定高度，同時使轉角塔基礎外角側塔腿基礎降低一定高度。

2.2.1 極坐標旋轉法

假設圖1中插入主角鋼有預留高，A、B為受拉腿，C、D腿為受壓腿，A、D腿基礎頂面均不低于基礎中心樁，則可采用極坐標方法［7-9］對D腿進行計算。

以通過基礎中心樁的鉛垂面及水平面，建立坐標系，在xz平面內，未對D腿進行預留高時，D腿角鋼上頂點正面的極坐標為

預留高后的極坐標為

式(4)～(5)中：δ=arctanγ，為預偏角度，當計算的插腿為受壓腿時，δ取“+”值，反之為受拉腿時，δ取“－”值；θ及θ'取值范圍為0°～90°；γ為基礎預留高系數，由設計給定。

根據預留高前后極坐標求出D腿上頂點正面在水平、垂直方向上的偏移量，分別為

由公式(6)～(7)可以計算得到D腿基礎頂面角鋼正面的偏移量Δxdj和其他插腿的水平、垂直偏移量(受拉腿水平偏移和受壓腿的垂直偏移為“+”，受拉腿垂直偏移和受壓腿的水平偏移為“－”)。

通過水平和垂直方向的偏移量可以確定預留高后的各腿基礎及上頂點正面半根開和各腿上頂點與中心樁、基礎頂面與中心樁的垂直距離。需要說明的是，上頂點和基礎的側面半根開在預留高前后無變化。

為使計算方便，對于不等高插入式基礎在某些地形中，主角鋼插腿位于基礎中心樁以下的情況，在建立坐標系時可以將坐標系整體下移，使最低插腿的基礎頂點位于z軸上方。

2.2.2 簡化計算方法

上節介紹的是一種精確的插入式主角鋼控制數據計算方法，在實際工程中還可以采用另一種既滿足施工精度要求又可簡化計算的方法，即在設計給定各腿基礎半根開的基礎上，增大內角側(受壓腿)角鋼正面坡比，側面坡比不變，減小外角側(受拉腿)角鋼的正面坡比，側面坡比不變［10-11］，分別計算出插入式主角鋼上頂點和下支點的半根開尺寸。

插入式角鋼正面坡比的增大量(或減小量)，應根據鐵塔水平轉角度數大小由設計確定。一般情況下，將鐵塔水平轉角度數分為0°～30°、30°～60°和60°～90°3個段，其坡比調整量分別取0.3％、0.6％和0.9％。

對受拉插腿A和受壓插腿D進行推導，則A、D腿的預留高計算公式為

式(8)～(10)中：xaj、xdj分別為A、D腿基礎半根開，mm；Δha、Δhd分別為A、D腿的基礎預留高，mm；Δhda為A、D腿基礎預留高值差值，mm。

A、D腿插入式主角鋼預偏后的正面傾斜角為

式中：αdN、αaN分別為 D腿、A腿的角鋼正面傾斜角，(°)。

其他各量的計算公式與無預留高時基本相同，把式(1)中的α分別用αdN、αaN代換，即可分別求出A、D腿插入式主角鋼預偏后上頂點的正面半根開控制尺寸xas和xds。

3 操作方法

3.1 插入角鋼懸吊法

首先在基礎坑口架設三角吊架，然后用手扳葫蘆將插入式主角鋼懸掛起來(圖2)；再在主角鋼上端以角鋼內角側方向安裝2個互成90°的可調式支撐桿［圖3(a)］，可調式支撐桿用鋼釬固定在基礎坑口外緣的地面上；在主角鋼下端安裝2個與上端可調式支撐桿相對應的花蘭螺栓［安裝在角鋼下端外角側，如3(b)所示］，其一頭固定在主角鋼下端，另一頭固定在基礎主筋上；通過收緊或放松手扳葫蘆控制主角鋼外露高度，同時旋出或收進主角鋼上端可調式支撐桿和主角鋼下端的花蘭螺栓，使主角鋼各部位尺寸與設計數據相符。主要控制部位有：主角鋼上頂點半根開，主角鋼正、側面坡比，各腿主角鋼上頂點間相對高差，主角鋼扭轉、整基基礎扭轉。

3.2 操作步驟

(1)將經緯儀置于基礎中心樁，前視線路方向樁，并置0°水平角。以主角鋼上頂點正、側面半根開，計算出主角鋼上頂點控制角度，并以此確定出主角鋼上頂點方向，鎖定經緯儀水平度盤。

(2)在基坑上架設三角架并采取穩固防滑措施。用手扳葫蘆懸吊插入式主角鋼，并利用手扳葫蘆粗調主角鋼外露高度。

(3)將可調式支撐桿安裝在插腿上端，并移動主角鋼上頂點沿經緯儀視線方向移動，同時測控主角鋼上頂點距中心樁的水平距離和外露高度，當接近設計標準時，用鋼釬固定可調式支撐桿下端。

(4)主角鋼下端的外角側用花蘭螺栓與基礎立柱主筋連接。調節花蘭螺栓，使插入主角鋼坡比符合設計值，用8號鐵線固定主角鋼下端內角側。

(5)在角鋼上端和身部纏繞老弦，老弦斜邊取中畫印。調整角鋼方向，使角鋼上頂點、老弦斜邊中點與經緯儀視線重合，以保證主角鋼扭轉達標。

(6)綜合調整手扳葫蘆和主角鋼上端可調式支撐桿及主角鋼下端花蘭螺栓，使角鋼上頂點根開，正側面坡比和主角鋼外露長度、相對高差和主角鋼扭轉與設計相符。插入式基礎尺寸允許偏差見表1。若需優良標準，則取表中值的80％［12］。

表1 鐵塔基礎尺寸允許偏差Tab.1 A llowable deviation of tower foundation

3.3 操作注意事項

(1)基礎支模找正前，首先要檢查基坑尺寸、基面標高、主角鋼規格、綁筋制籠質量等項目。

(2)基礎有預留高時，受壓腿正面坡比變大，受拉腿正面坡比變小，受拉和受壓腿的側面坡比不變。

(3)采用單腿支模找正時，每基基礎的第1條插腿不考慮相對高差，只要施工基面標高與設計數據相符即可，其他插腿支模時要考慮與第1條插腿的相對高差，還應考慮預留高。

(4)在基礎澆注混凝土過程中應采取防主角鋼沖撞措施。整個澆注過程應經常復核主角鋼關鍵控制點尺寸，必要時及時調整。

4 計算實例

以錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路工程川1標段中2基不等高插入角鋼基礎的實際數據為例，支模找正計算結果見表2。

表2 不等高插入式基礎支模找正數據Tab.2 Alignment data of unequal height inserted foundation

采用極坐標法對JC30102A型轉角塔(右轉38°30')基礎找正數據進行計算，預留高系數為0.006。其A、B腿水平偏移為2、11 mm，垂直偏移為－39、－40 mm；C、D腿水平偏移為－19、－19 mm，垂直偏移為36、36 mm。通過大量計算可得，當采用極坐標法進行有預留高計算時，各腿同一高度處的偏移值的絕對量是相同的。從表2中可以看出采用極坐標法和簡化方法計算出的數據有細微的差別，施工實踐表明，2種方法都能滿足驗收規范預偏要求。

5 結語

懸吊式插入角鋼操平找正方法，已成功應用于向家壩—上海和錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路工程川1標段中。該方法改變了傳統施工方法中安裝整體找正架或同期安裝塔腿整體找正或通過墊塊或假腿來支撐角鋼進行整體或單腿找正方式，通過用三角架懸吊主角鋼方式省去了加工假腿或墊塊的環節，從而有效地提高了施工效率，節約了施工材料，減少人員投入，降低了工程成本。懸吊式插入角鋼操平找正方法重點解決了基坑較深、插腿較短的基礎型式的插入角鋼支模找正技術難題，開辟了插入式基礎找正方法的新途徑，值得在輸電線路鐵塔基礎施工中推廣應用。

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