輸電線路海岸立塔設計

付建明，李靖宇，劉巍

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

輸電線路海岸立塔設計

付建明，李靖宇，劉巍

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

依托華電萊州電廠500 kV線路送出工程，梳理了該工程海中立塔的設計過程。鐵塔采用鋼管結構，基礎采用高樁承臺結構，樁型采用后注漿灌注樁等。該工程兩年多的安全運行表明，工程的設計方案是合理的，結構型式安全、經濟、可靠，為以后的類似工程提供設計參考。

海岸立塔；鋼管結構；高樁承臺；后注漿灌注樁

1 工程概況

華電萊州電廠500 kV送出工程為全線雙回路架設，導線采用4×JL／LB20A-630／45型鋁包鋼芯鋁絞線，地線均為OPGW。根據山東電網發展規劃，華電萊州電廠送出工程位于山東電網北部500 kV送電通道（500 kV濱州—油城—壽光—光州—棲霞—昆崳通道）上，該電廠的電力送出對于山東電網安全穩定運行具有十分重要的意義。電廠的北側和西側是萊州灣，根據電廠規劃，500 kV向西出線，然后折向南進入陸地，需在海岸立塔。

2 設計資料

2.1 水文氣象資料

該工程所在海域為萊州灣，位于山東半島西北，渤海南部，現代黃河三角洲的東南側，冬季受寒潮影響較大，氣候比較寒冷，夏季比較炎熱，具有顯著的大陸性氣候特征，設計基準風速為31 m／s。

萊州灣的潮汐類型屬于不正規混合半日潮，漲潮流方向為224°～245°，落潮方向為49°～78°，平均流速為0.29～0.37 m／s，最大可達0.8 m／s。

該工程塔位處天然沖刷深度0.5 m，局部及總沖刷深度詳見表1。

表1 塔位基礎沖刷深度m

該區域波浪主要受季風影響，全海區的波浪以風浪為主，頻率在80%以上。常浪向為NNE，年出現頻率11%，最大波高H1%為3.9 m；次強浪向為NW，最大波高H1%為3.8 m；最大波高H1%大于3.0 m的方位還有N、NNW、NW、WNW。

海水對混凝土結構有弱腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋有中等腐蝕性，對鋼結構有中等腐蝕性。

2.2 地質資料

萊州灣海岸主要是基巖海岸，地基土層主要由中粗砂、花崗巖及其風化層組成。

1）0.0～5.3 m層主要含棕黃色、淺黃色中砂，松散，飽和，局部混少量卵石塊及粗砂，夾淤泥質粉土薄層或粉砂。

2）5.3～15.0 m層主要含黃褐色、淺黃褐花崗巖，強風化，主要礦物成分為斜長石、鉀長石、石英、黑云母等中細粒花崗結構，塊狀構造，巖石粗砂狀、碎塊狀。

3）15.0 m以下層主要含黃褐色、淺黃褐花崗巖，中等風化，主要礦物成分為斜長石、鉀長石、石英、黑云母等中粒花崗結構，塊狀構造，裂隙較發育。

根據中國地震動參數區劃圖［1］，塔位處地震動峰值加速度為0.15 g（對應地震基本烈度為7度），地震動反應譜特征周期為0.40 s（對應中硬場地）。

按DL／T 5122—2000《500 kV架空送電線路勘測技術規程》［2］第11.6條的要求，“當抗震設防烈度≥7度，且場地內分布有飽和砂土或飽和粉土時，應判別場地土地震液化的可能性，并確定場地液化等級”。該工程有液化點存在，液化指數為20.6，液化等級為嚴重液化，最大液化點深度為5.3 m。

3 鐵塔設計

3.1 桿件的體型系數

圓管截面用于暴露在液流（如風場或水流）中的結構時，有顯著的優點。如圖1所示，圓管截面的阻力系數要遠小于具有銳角的開口截面的阻力系數。根據GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》［3］，角鋼構件的體型系數為1.3，鋼管構件的體型系數一般取值為0.85。

圖1 角鋼截面和鋼管截面風流

鋼管結構相較于角鋼結構減小了風載體型系數，降低了塔身風荷載，在受風荷載方面明顯優于角鋼結構型式。

3.2 鐵塔防腐

1993年由山東電力工程咨詢院有限公司（以下簡稱山東院）設計的220 kV龍招線，采用的是角鋼塔設計。由于地處海濱，鹽霧對鐵塔侵蝕非常嚴重，每隔8～10年均要對腐蝕嚴重材料進行更換，對工程的安全運行造成嚴重的隱患。工程實例照片見圖2。

圖2 工程實例照片

圓管截面從一個截面到另一個截面之間光滑過渡，沒有銳角，相對于具有銳角的角鋼截面而言具有較好的保護作用，可以延長涂層的防腐蝕周期。根據研究表明：在密封的管截面內不可能發生內部腐蝕。即使在沒有被完全密封的管截面內，內部腐蝕也非常有限。如果考慮未完全密封管截面內水汽凝固，可以制作一個排水孔使水依靠重力排干。

由于華電萊州電廠送出工程的特殊性，在鐵塔材料截面形式的選擇上，宜選擇外形美觀、體型系數較小、抗腐蝕性能較強的鋼管結構。根據工程運行經驗，海水鹽霧腐蝕高度一般不超過10 m，該工程要求在鐵塔組立完畢后，自基礎頂面至10 m高度范圍內在鍍鋅層外需刷鐵塔重銹防腐膠粘劑。

4 基礎設計

4.1 基礎型式

高樁承臺基礎是由樁和連接承臺共同組成的基礎型式，承臺高出水面，通過樁身將作用在基礎上的荷載傳至地基，常用于港口、碼頭、海洋工程等。根據海域的地質條件，該工程基礎適合采用此基礎型式。

4.2 樁型的選擇

PHC管樁基礎。PHC管樁基礎具有單樁承載力高、施工速度快的特點，但是該工程5.3 m以下為強風化花崗巖，且呈塊狀，故樁的入土深度較淺，不能滿足抗拔承載力的要求，故不采用該樁型。

沖（鉆）孔灌注樁。沖（鉆）孔灌注樁是最常用的一種樁型，其優點很多：適用范圍廣，可用于多種復雜地質條件；樁徑、樁長不受限制，不存在接樁的問題；施工工藝比較成熟，無需大型設備。同樣該樁型也存在缺點：為提高樁的抗拔能力只能通過增加樁數、增加樁徑或樁長，不能有效地改善樁土效應。

后注漿灌注樁（cast in place pile post grouting，PPG）。PPG不僅具備普通沖（鉆）孔灌注樁的所有優點，而且能夠在樁體混凝土初凝后，用注漿泵將水泥漿或水泥與其他材料的混合漿液，通過預置于樁身中的管路壓入樁周或樁端土層中，樁側注漿會使樁土間界面的幾何和力學條件得以改善，樁端注漿可使樁底沉渣、施工樁孔時樁端受到擾動的持力層得到有效的加固或壓密，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，以大幅度提高樁的承載力，增強樁承載狀態的穩定，減小樁基沉降。PPG后注漿灌注樁加固示意見圖3。綜上所述，本工程采用PPG基礎型式。

圖3 PPG加固示意圖

4.3 基礎計算

根據該工程的地質條件，持力層為中等風化花崗巖，故基礎計算的控制條件為基礎的抗拔計算。

基礎承受荷載。基礎設計時需考慮計算荷載包括鐵塔作用力、水動力、波浪力以及地震作用。

抗拔計算方法。根據山東院設計的220 kV聊城王莊送電工程PPG基礎試驗結論，抗拔側阻力增強系數與受壓側阻力增強系數之比為0.88～0.94，建議在工程設計中取0.9［4］，詳見表2。

PPG的極限承載力標準值Tuk為［4］

式中：ki為后注漿側阻力增強系數的抗拔折減系數，取0.9；βsi為后注漿側阻力增強系數；λi為后注漿第i層土抗拔系數；qsik為后注漿第i層初始極限側阻力標準值；ui為樁身周長；li為第i層土厚度。

表2 各土層后注漿抗拔側阻力增強系數與受壓側阻力增強系數對比

4.4 工程經濟性對比

該工程根據實際地質條件分別對普通灌注樁和后注漿灌注樁進行測算見表3。

由表3可以看出該工程采用后注漿灌注樁節省造價25.4%，經濟效益顯著。

表3 指標分析

5 結語

華電萊州電廠送出工程建成投產兩年多來，被中國電力建設企業協會中評為“高質量等級優良工程”，榮獲“國家電網公司輸變電工程優秀設計獎”、“電力行業優秀工程設計獎”、“國家電網公司優質工程獎”、“中國電力優質工程獎”、“國家優質工程獎”。

通過梳理華電萊州電廠送出工程海中立塔的設計過程，得出如下結論：鐵塔材料選用鋼管結構，有利于減小鐵塔塔身風荷載，有利于抵抗鹽霧的腐蝕；鐵塔基礎采用后注漿灌注樁基礎，該樁型基礎比普通灌注樁基礎節約造價25.4%，工程造價經濟合理。

［1］GB 18306—2001中國地震動參數區劃圖［S］.北京：中國標準出版社，2001.

［2］DL／T 5122—2000500 kV架空送電線路勘測技術規程［S］.北京：中國電力出版社，2000.

［3］GB 50009—2012建筑結構荷載規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［4］姜宏璽，林青海，陳培，等.輸電工程中后注漿灌注樁的試驗研究及應用［J］.中國電力，2012，45（4）：29-34.

［5］JGJ 94—2008建筑樁基技術規定［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［6］劉金波.建筑樁基技術規范解釋與應用［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［7］DL／T 5219—2005架空送電線路基礎設計技術規定［S］.北京：中國電力出版社，2005.

［8］GB 50545—2010110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

［9］GB 50017—2003鋼結構設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

［10］DL／T 5154—2012架空輸電線路桿塔結構設計技術規定［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

［11］方孝伍.500 kV線路海中鐵塔基礎設計［J］.電力勘測設計，2010（6）：65-71.

［12］姜宏璽，孫宗德.后注漿灌注樁在輸電線路工程中的應用探討［J］.山東電力技術，2010，37（3）：66-69.

Tower Design of Transmission Lines on the Coast

FU Jianming，LI Jingyu，LIU Wei
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute corp.，LTD，Jinan 250013，China）

On the basis of the 500 kV transmission line project of Laizhou power plant，we look back upon the design of the tower on the coast.The tower is of steel-tube construction；the foundation uses high-rise pile cap；as for the pile type，postgrouted pile is adopted.Over two years’safe operation of the project testifies that the tower construction is safe，economical and reliable，which can be used as reference for future projects.

tower on the coast；steel-tube construction；high-rise pile cap；pile post grouting

TM75

B

1007-9904（2015）06-0059-03

2015-02-22

付建明（1982），男，工程師，主要從事輸電線路設計方面的工作。