新疆與西北主網聯網線路工程基礎設計與優化

張令權 王正運 李永平

(東北電力大學，吉林吉林 132012)

0 引言

隨著社會經濟的發展，遠距離、大容量的電力輸送和交換是輸電線路工程發展的趨勢，為了實現西部大開發的戰略目標，西部地區輸電線路建設規模持續擴大，桿塔基礎的作用力也隨著電壓等級增大而不斷增大，桿塔基礎在輸電線路設計中占有極其重要的地位，輸電線路基礎的設計和施工也具有明顯的行業和地域特點［1-3］。輸電線路基礎設計是否合理和施工質量的優劣對輸電線路能否安全運行起著決定性作用，而且輸電線路基礎的造價、工期和勞動力的消耗量在整個線路工程中占有很大的比重［4，5］，在特殊地質的情況下基礎所占的比例可能會更大，所以根據不同地質情況進行基礎設計和對基礎進行優化是必要的，這也會對輸電線路安全運行、降低工程投資、實現可持續發展的問題提供必要的幫助。

1 基礎設計

1.1 常用基礎型式及其工程特點

架空輸電線路桿塔基礎型式應根據桿塔型式、沿線地形地質及水文、施工、運輸條件等進行綜合考慮后確定［6］。總體可分為:掏挖類原狀土基礎、開挖回填類基礎、巖石錨樁類基礎、鉆孔灌注樁類基礎以及其他特殊類型基礎幾大類。

各類基礎工程特點見表1。

表1 常用基礎型式工程特點比較

1.2 近年來應用在輸電線路中的新型基礎

隨著電力工業的發展，輸電線路鐵塔基礎型式也不斷優化創新，近年來輸電線路工程中使用的新型基礎主要有:戈壁碎石土掏挖基礎、板式中型樁復合基礎、變截面人工挖孔樁、掏挖—巖石錨樁復合型基礎、預制微型樁基礎、擠擴支盤灌注樁基礎。

1.3 本工程基礎方案選擇

基礎方案選型應遵循的主要原則是保證基礎型式的技術合理性、施工技術可行性、經濟性并符合環境保護和可持續發展的要求。

本工程線路地基情況相對復雜，基礎選型主要依據不同地形、地基情況及運輸情況，本工程地形地基概括為六大類:

1)戈壁碎石土地基;2)山區巖石地基;3)跨河及河漫灘地基;4)沙漠及沙丘地基;5)濕地(泥沼)地基;6)鹽池地基。

根據本地區工程水文地質條件，通過對開挖回填類基礎、掏挖類基礎、巖石類基礎和樁類基礎以及新型基礎的對比分析，對本工程的基礎型式選擇和基礎設計優化得出以下結論:

1)對于戈壁碎石地基塔位優先推薦采用原狀土基礎，對直線塔和基礎作用力較小的轉角塔，結合塔位地形情況推薦采用戈壁碎石土掏挖基礎;對基礎作用力較大的轉角塔，推薦采用板式中型樁復合基礎;在原狀土基礎使用困難的地段，推薦采用板式斜柱開挖基礎。

2)在山區塔位，對微風化巖石地基，推薦采用巖石錨桿基礎;對于中等風化巖石地基，推薦采用巖石嵌固基礎;對于上覆土層厚，下為強風化巖石地基，推薦采用掏挖—巖石錨樁復合基礎;在原狀土基礎使用困難的地段，推薦采用板式斜柱開挖基礎。

3)本工程線路跨越部分河流，多為季節性河流，一般河漫灘地較長，河床隨自然沖刷或人工采砂影響而經常改道，沿線跨越的較大河流主要有:疏勒河、黨河、羊水河、魚卡河等，在河漫灘地基礎一般采用灌注樁基礎;對較小的季節性河流，可采用常規的板式開挖基礎并加深基礎即可。

4)對濕地、泥沼、流砂地層的塔位，主要采用灌注樁基礎，并對基礎進行防腐蝕處理;對地下水位較低的地段，可考慮采用板式開挖基礎，并用玻璃鋼外包防腐;對地層為粉細砂的地段，可考慮采用預制微型樁基礎或擠擴支盤灌注樁。

5)對于風積砂地區推薦采用大開挖基礎，并加大基礎埋深;但計算理論應使用近年來沙漠地區基礎設計的經驗和科研成果。

6)對鹽池地段線路基礎，參照公路、鐵路多年的建設經驗和青海輸電線路的建設實際，在鹽池段線路基礎進行“高墊淺埋”，基礎型式采用板式開挖基礎，防腐蝕采用玻璃鋼外包防腐。

2 基礎設計優化

基礎尺寸的優化直接影響基礎的工程量。主要包括:基礎埋深、基礎底板寬及底板厚和基礎主柱寬等。

2.1 基礎埋深

影響基礎埋深的主要因素有:1)基礎作用力的大小;2)地下水位;3)凍土深度;4)基礎穩定要求;5)地基持力層;6)施工工藝的要求。

最佳基礎埋深是優化基礎設計的一項主要內容。由于線路工程的特殊性，基礎大部分由上拔控制，當地質條件較好時，適當加深基礎埋深(不超過臨界埋深為宜)，充分利用土重抗拔，可減小基礎底板的尺寸，從而大幅度減少混凝土用量，雖然深埋基礎會導致主柱鋼筋、基坑開挖量有所增加，但基礎底板尺寸的減小可以使總的鋼筋量和混凝土量得到減少。

對不同類型鐵塔基礎最佳埋深須視地質條件、受力大小及基坑開挖情況，來進行計算，并分析優化。

2.2 基礎底板寬及底板厚

底板寬度在埋深確定的情況下，由基礎的上拔和下壓計算確定，一般基礎埋深與底板寬之比為1.5左右。底板厚度由兩個方面來控制:1)基礎沖切計算;2)寬厚比小于2.5。在滿足這兩點且底板寬已經確定時，若減小底板的厚度，可減少混凝土用量，但鋼材會有所增加。對于本工程混凝土經濟性較鋼材為敏感的山區地區，應適當減小底板的厚度，以減少混凝土用量，但對于其他運輸方便的平丘地區，就不需要這樣來處理。總之，基礎的尺寸也應和最優經濟指標聯系才對。

2.3 基礎主柱寬

基礎主柱寬度通常由下面兩個因素控制:

1)構造要求。

對于地腳螺栓連接，主柱寬度可參考表2的數值。

表2 按地腳螺栓所確定的主柱寬度

表2中主柱最小寬度是由以下兩個條件來控制:

a.地腳螺栓的中心至基礎邊緣的距離不應小于4d(d為地腳螺栓直徑)，且不應小于150 mm。

b.塔腳板底板邊緣至基礎邊緣的距離不應小于100 mm。

2)受力分析。

以往基礎主柱采用直柱設計，主柱所受水平力大，基礎主柱較寬。現在我們根據鐵塔塔腿的受力特點，主要采用斜柱基礎，使其主柱承受的水平力大為減少，改善了主柱的受力情況，特別是抬高基礎尤為明顯。

2.4 基礎深寬比

根據特定的基礎作用力和地質參數，利用直接搜索法可很容易得到基礎深寬比的最優解。

按照對本工程典型基礎作用力計算分析結果(見圖1)，可以看出，基礎深寬比的最優解在1.1～1.4之間。

圖1 不同深寬比基礎造價比較曲線

3 結語

通過對新疆與西北主網聯網750 kV二通道工程沿線不同地質的鐵塔基礎的選型和優化可以看出，確定鐵塔基礎的型式應該考慮工程沿線地形地質、水文、運輸等綜合因素，在確定了基礎型式后，在滿足技術的合理性、施工的可行性情況下，基礎優化不僅可以減少工程量，降低工程投資，并為線路的安全運行提供可靠的保證。

［1］ 魯先龍，程永鋒.我國輸電線路基礎工程現狀與展望［J］.電力建設，2005，26(11):25-27.

［2］ 程永鋒，邵曉巖，朱全軍.我國輸電線路基礎工程現狀及存在的問題［J］.電力建設，2002，23(3):32-34.

［3］ DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定［S］.

［4］ 許 濤，王 浩，王振江.輸電線路鐵塔基礎的概念設計［J］.工業建筑，2008，38(1):741-743.

［5］ 郭鐵強，楊朝東.輸電線路施工中存在的問題及改進措施［J］.電氣工程與自動化，2013(3):45-46.

［6］ DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定［S］.