芻議輸電線路鐵塔基礎選型設計及其優化

馬濤

摘 要：高壓鐵塔作為電力傳輸過程中的重要支撐設施，承受著整個輸電網絡的荷載，其基礎構造直接關系著輸電線路能夠正常穩定的運行，因此輸電線路鐵塔基礎的選型設計對于電力傳輸而言起著至關重要的作用。該文采用文獻法和實例法來闡述我國不同區域鐵塔地基的設計現狀，并以巖石地基和軟弱地基兩個典型的地質條件為例，詳細地闡述了輸電線路鐵塔基礎的選型設計，最后提出了一系列的優化措施及建議，旨在提高我國鐵塔基礎的質量水平。

關鍵詞：輸電線路 鐵塔基礎 選型設計 優化

中圖分類號：S61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0049-02

高壓鐵塔作為電力傳輸過程中的重要支撐設施，承受著整個輸電網絡的重力荷載，特別是近些年電力網絡線路的不斷升級，線路重力荷載急劇攀升，這將會對鐵塔基礎是一個嚴峻的考驗。與此同時，鐵塔基礎經常受到區域地質環境、氣候條件以及施工方案等因素的影響，容易發生鐵塔基礎沉降、偏移甚至坍塌，從而造成重大的電力網絡崩潰事故。因此輸電線路鐵塔基礎無論在選型、設計還是施工上都應當根據區域內的地質環境進行選擇合適的方案，確保基礎能夠承載輸電線路的重荷，從而保障電力傳輸網絡的安全運行[1]。

1 軟土地基環境下鐵塔基礎的選型設計

1.1 高壓灌注基礎

高壓灌注基礎是利用高壓泵將水泥料漿灌入軟土路基中，使之與淤泥土壤融為一體，從而起到鞏固基礎的作用。首先要根據軟土路基的實際情況來規劃設計注漿深度，當泵機鉆頭下達至制定深度時，然后開啟高壓泵將料漿噴射至路基之中。由于料漿被加壓噴射，擁有較大沖量，在噴射過程中切割軟土并且促進料漿和泥土的融合，待料漿固化之后，便形成了整體穩定的路基。隨著近些年高壓泵車技術的不斷更新，高壓灌注基礎也較為普遍地運用于軟土路基處理之中，并且往外延伸了許多種類，例如高壓水泥灌注基礎，高壓化學灌注基礎等，值得注意的是，要根據軟土路基的地質結構和軟土特性來為鐵塔選擇合適的高壓灌注基礎，從而確保鐵塔不會因自身及線路重力而出現基礎沉降，圖1為高壓灌注基礎的示意圖。

1.2 砂石置換基礎

砂石置換基礎顧名思義是將軟土路基用砂石料進行替換，從而達到提高基礎強度的一種方法，特別是對于池塘、湖泊等縱深明顯的軟土路基，該項技術效果明顯且成本低廉，可以在空間上提高基礎穩定性能，因而被廣泛應用于軟土路基環境下鐵塔基礎的施工之中。砂石換填技術首先將軟土地基進行開挖清淤，將疏松多孔的軟土層挖除移走，然后再將硬度大、強度高的砂石料進行分層回填，而后夯實路基完成整個換填工作。在換填過程中應當將物理性質穩定的回填料放在下層，強硬度不高的物料放在上層，在回填的過程中要分層鋪設，控制每層厚度在250 mm左右即可，砂石鋪設完畢之后在其上方回填基土，使其與路面相平，回填完畢之后用500 kg的蛙式夯夯實基礎從而保證基礎的承載力和夯實度。

1.3 粉噴樁基礎

粉噴樁是目前軟土路基處理過程中最為常見的施工技術之一[2]，其原理是利用空壓機將粉體狀的固化劑噴入到路基之后進行深度攪拌處理，使之與軟土路基中的水分發生化學作用結合在一起，從而使得軟土路基形成固化土樁，提高路基的硬度和強度。在粉噴樁施工技術處理軟土路基的過程中，首先以水泥、石灰以及細砂作為主要的固化劑，并根據軟土路基的土壤構成適量添加一些其他的固化劑進行輔助，將原本松散柔軟的淤泥固化起來，形成整體性強、硬度大和承載度高的路基。

2 巖石地基環境下鐵塔基礎的選型設計

2.1 巖石錨樁基礎

巖石錨樁基礎主要用在表層裸露、風化程度小以及質地堅硬的巖石之上，首先利用沖擊鉆對巖石進行成孔，邊鉆邊提，保證巖粉排除孔外，然后將地腳螺栓置入巖孔之中，螺栓用240×240的鋼筋骨架進行支撐，將混凝土砂漿灌入其中，確保地腳螺栓與巖石緊密連接，最后在頂部澆筑鐵塔平臺，用以搭設鐵塔。通常情況下，根據巖石錨樁基礎承受荷載的不同可以將其分為群錨式和直錨式兩種，群錨基礎是將許多根地腳螺栓埋入到巖石之中，以獲得更高強度的支撐力，通常用于基礎負荷較大的鐵塔上，例如轉角塔、終端塔等[3]；而直錨基礎則只是在基礎中心線上埋入兩種或者四根地腳螺栓，常用在負載較小的鐵塔上，圖2和圖3為群錨式和直錨式基礎的設計示意圖。

2.2 巖石嵌固基礎

巖石嵌固基礎主要用于風化程度較大、易于開挖的軟質巖石上，充分利用巖石自身的剪切力，從而提高鐵塔基礎的抗拔承載能力。其設計方案大致分為二個步驟，第一，挖鑿基坑：基坑通常采用少量炸藥定向爆破后再人工挖鑿的方法，為提高基礎的穩定性能，一般基坑呈倒“Y”形狀；第二，搭設鋼筋立柱，澆筑混凝土，并用振搗器對混凝土進行振搗直至混凝土不再明顯下降為止。“Y”型巖石嵌固基礎具有土石方和混凝土用量少、工程造價低以及基礎抗拔能力高等優點[4]，已經被廣泛地應用于巖石地質區域內鐵塔基礎的建設之中。

3 鄂贛聯網500 kV線路中鐵塔基礎的選型設計

3.1 區域內地質環境

鄂贛聯網500 kV線路工程沿線地質地貌多為崇山峻嶺，大部分山區基巖裸露，風化程度較為嚴重，巖石多為砂頁巖、花崗巖、石炭系砂巖以及凝灰巖等多種類型，并選取了Y40和Y40+2.5兩種不同的巖石基礎作為真型試驗的測量點，其中Y40區域為砂頁巖結構，巖體風化十分厲害，表層覆蓋著50 mm左右厚度的基土；Y40+2.5區域為石炭系砂巖，淺灰色，表層混有風化砂礫，間隙塊狀結構。

3.2 基礎承重荷載與尺寸大小的設計

由于鄂贛聯網500 kV線路沿經的區域多為巖石地質，且多為軟質巖石，風化程度較大，故鐵塔的選型采用“Y”型嵌固式。通常情況下，巖石嵌固基礎的下壓承受力相對來說比較容易滿足，而基礎溫度與否的關鍵是上拔力，巖石表面等代極限剪切強度τ的垂直分量則是抵消上拔力最為重要的因素，因此合理的估算出τ的數值范圍，是整個鐵塔基礎承重和尺寸大小設計的重點。

式（1）（2）（3）中字母表示的意義為：K1為基礎上拔的安全系數，T為基礎設計上拔力（kN），h為基礎預埋深度（m），D為底部“Y”型基礎的直徑（m），τ為巖石等代極限剪切應力（kN/m2）。該工程中采用的塔型號為ZGU2（45），上拔力為1981 kN，鑒于此，我們根據預估不同的τ取值，從而在Y40和Y40+2.5兩個測試點設計出相應的開挖尺寸，具體數據如表1所示。

當設計尺寸確立以后，鐵塔基礎開始施工建設，基礎竣工之后，我們采用靜載儀和應變測量儀以及500 t的油壓千斤頂對基礎進行了測量，實際數據如表2所示。從表2可以發現在4200 kN上拔力的作用下，兩個測試點的鐵塔基礎都只發生了較小的位移，因此我們能夠得出結論：鐵塔基礎的設計尺寸滿足實際需求。

4 結語

輸電線路的鐵塔基礎對整個工程質量的影響十分巨大，一旦發生基礎沉降、斷面甚至坍塌的事故，其后果難以估量，因此，在鐵塔基礎的建設過程中施工人員一定根據區域的地質條件選擇合適的鐵塔基礎類型，這樣不僅可以極大地降低工程消耗，縮短工期，而且還能夠提高鐵塔基礎自身的穩定性，從而為電力輸送保駕護航。

參考文獻

[1] 程永峰，邵曉巖，朱全軍.我國架空輸電線路地基基礎工程現狀及存在的問題[C]//第三節北京輸配電技術國際會議.2001.

[2] 廖永昌.淺談500kV輸電線路鐵塔基礎選型與設計[J].廣東科技，2013，22（24）：118-120.

[3] 吳力.試論輸電線路鐵塔基礎選型設計及其優化[J].機電信息，2014（3）：133.