不良地質地段輸電線路鐵塔基礎的合理選型設計探討

謝沛林

摘 要：輸電線路鐵塔是電力傳輸的重要基礎設施，隨著輸電線路鐵塔的應用越來越廣泛，其在各種不良地質地段中的應用越來越多。由于在不良地質地段中，輸電線路鐵塔基礎設計難度比較高，因此需要對其基礎進行合理選型與設計。文章通過分析輸電線路鐵塔基礎的受力規律，并結合實例對其基礎選型設計進行探討。

關鍵詞：輸電線路；鐵塔基礎；不良地質

中圖分類號：TU470 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0098-02

作為輸電線路工程設計的重點內容，輸電線路鐵塔基礎設計是保證鐵塔安全、穩定使用的前提。在輸電線路鐵塔基礎設計過程中，應重點考慮地質條件問題，其基礎設計必須要根據地質的條件進行，也只有根據地質特點，合理設計出輸電線路鐵塔基礎，才能有效保證鐵塔的安全、穩定運行。但在實際的基礎設計中，常常會遇到不良地質問題的限制，這時需要對鐵塔基礎的受力特性進行分析，以對輸電線路鐵塔基礎進行合理選型，以保證其在不良地質下的安全、穩定使用。

1 工程實例分析

以我國某市的一個輸電線路鐵塔基礎為例。該鐵塔基礎所處的土層有9層，其物理指標如下：第一層為砂質淤泥質粉土，含水率為40.10%，密度為2.73 t/m3，飽和度為97.36%，液限為24.17%，塑限為14.74%，液性指數為0.81，標準錘擊數為3.2擊；第二層為粉砂，含水率為26.54%，密度為2.70 t/m3，飽和度為93.5%，液限為0.75%，塑限為6.2%，塑性指數為34.2，液性指數為93.5，標準錘擊數為9.1擊；第三層為砂質淤泥質粉土，含水率為30.35%，密度為2.71 t/m3，飽和度為97.56%，液限為27.65%，塑限為17%，塑性指數為10.5，液性指數為1.32，標準錘擊數為3.4擊；第四層為粉砂，含水率為30.11%，密度為2.70 t/m3，飽和度為97.45%，液限為25%，塑限為25%，塑性指數為9.5，液性指數為1.27，標準錘擊數為10.2擊；第五層為砂質淤泥質粉土，含水率為29.3%，密度為2.72 t/m3，飽和度為84%，液限為27.7%，塑限為19.3%，塑性指數為9.3，液性指數為0.94，標準錘擊數為7.4擊；第六層為淤泥質粉土，含水率為30.5%，密度為2.71 t/m3，飽和度為96%，液限為30.3%，塑限為19.8%，塑性指數為10.5，液性指數為1.1，標準錘擊數為9.1擊；第七層為粉砂，含水率為23.50%，密度為2.70 t/m3，飽和度為94.3%，液限為26.9%，塑限為19.0%，塑性指數為8.0，液性指數為1.1，標準錘擊數為17.2擊；第八層為砂質淤泥質粉土，含水率為30.46%，密度為2.70 t/m3，液限為26.1%，塑限為21.5%，塑性指數為4.6，液性指數為1.92，標準錘擊數為17.1擊；第九層為粉砂與黏質粉土，含水率為24.46%，密度為2.70 t/m3，飽和度為96.5%，液限為26.5%，塑限為17.6%，塑性指數為8.9，液性指數為1.92，標準錘擊數為15.8擊。

2 鐵塔基礎受力規律

為了將鐵塔基礎的受力規律分析出來，可采用有限元法對其受力規律進行模擬，其材料參數定義為：混凝土的密度為2 700ρ/（kg/m3），彈性模量為2.5×107 E/kPa，泊松比為0.16 ？滋；而土體的密度為2 000ρ/（kg/m3），彈性模量為1.0×104 E/kPa，泊松比為0.45 ？滋；黏聚力為10 C/kPa，內摩擦角為30 Φ/°。

采用有限元計算程序進行計算，從計算模擬圖中能分析出聯合式鐵塔基礎在豎向荷載的影響下，其最大的垂直壓應力會出現在基礎的最底部，而最大拉應力應出現在基礎和地基土之間的接觸點上。由于基礎底部、臺階與土層基礎都存在應力集中現象，因此需要加大這些部位的配筋率，以避免出現混凝土開裂現象。而土體的最大位移同樣處于基礎底部，但隨著與底部中心土層的距離越遠，且沉降位移量就越小，應力在土中并不會由于土層的深入而消失。當鐵塔線路必須要經過軟弱土層時，必須要準確計算出其土層的承載力，并確定合理的基礎底面尺寸。若遇到較硬土質，鐵塔基礎的受力就會發生改變，容易產生下部受壓破壞情況，因此必須做好鐵塔基礎所處地質的勘察，以避免鐵塔出現受壓破壞的情況。

3 輸電線路鐵塔基礎的合理選型設計

當選好鐵塔形式后，就可以確定出基礎荷載，而鐵塔基礎所處的地質條件是基礎的形式及尺寸。可見，基礎受力土層的參數特性就是進行基礎形式與尺寸選定的主要因素。其中，目標函數確定為：

fa=fak+？耷b？酌（b-3）+？耷d？酌m（d-0.5）（1）

Pk≤fa （2）

其中，fa表示已經修正的地基承載力特征值；fak代表地基承載力標準值；ηb表示寬度修正系數；？耷d代表深度修正系數；γ表示下土重度；b代表基礎寬度；？酌m表示土的加權平均重度；d代表基礎埋深；Pk表示基礎的自重力。

分析目標函數不難發現，必須要加大對鐵塔基礎所處地質的勘察，以合理確定基礎持力層，采用選擇合理的鐵塔基礎形式。根據鐵塔基礎的受力特點與目標函數，對輸電線路鐵塔基礎的選型為聯合式基礎。同時根據鐵塔基礎的土層特性，將第二層作為基礎持力層。該輸電線路鐵塔基礎選型為聯合式，以滿足淤泥地段的要求，相當于其他的鐵塔基礎形式，聯合式基礎的受力性能更突出，且便于復雜地質條件下的施工。在進行聯合式鐵塔基礎設計過程中，應合理控制地基承載力在設計值的80%以內。在淤泥地段的聯合式鐵塔基礎最好的淺埋，不僅有利于排水，還能對地基的原狀土硬殼層進行充分利用。由于鐵塔基礎在長期的使用中，在荷載作用下，往往會出現沉降量積累的情況，因此必須要防止殘余變形的疊加，以防由于沉降不均勻而導致局部開裂。鐵塔基礎在第一次使用時，必須要先計算好地基變形量，合理控制最大壓力側的變形幅度在20 mm以內。

4 對輸電線路鐵塔基礎選型設計的建議

①由于鐵塔基礎形式的選擇與前期設計會影響其基礎設計，因此不僅要合理進行鐵塔基礎設計的選型，還要進行鐵塔基礎的合理選址。②雖然該鐵塔處于復雜的地質條件下，但還要盡可能選擇地質條件比較好的地段，盡量避開斷層地質。這就要求在進行基礎選擇時，應對場地進行全面、詳細的勘察，以選擇一處比較好的地質進行施工。③由于輸電線路鐵塔基礎的地質含水率比較高，工作環境惡劣，容易對鐵塔基礎造成侵蝕。因此設計應采用C30混凝土，并對一些外露的鋼構件、鐵件表面采用無溶劑環氧涂料進行噴涂，以起到防腐的作用。

5 結 語

該輸電線路鐵塔投入使用3年，無出現鐵塔動搖、倒塌等情況，運行效果良好。由此可見，在不良地質條件下，通過對地質進行全面、充分的勘探，并根據鐵塔基礎的受力特點與目標函數，合理選出聯合式基礎，以保證輸電線路鐵塔的安全、穩定運行。

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