±1 100 kV直流輸電線路基礎選型設計

謝廣采

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南 250013)

±1 100 kV直流輸電線路基礎選型設計

謝廣采

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南 250013)

針對特高壓輸電線路工程“點多線長、地質復雜多變”的特點，介紹了我國輸電線路桿塔基礎工程的選型原則，并結合某±1 100 kV特高壓直流工程的實際情況，介紹了硬塑粘性土與巖石地基兩種地質條件的鐵塔基礎選型設計方法，為今后各種地質條件的基礎設計積累了經驗。

基礎選型，輸電線路，硬塑粘性土，巖石地基

0 引言

基礎工程在整個輸電線路工程體系中極其關鍵，其選型設計的優劣將直接關系到線路工程的工程造價控制、安全運行及項目對環境的影響。據國內已投產和在建的特高壓輸電線路的情況來看，基礎整體造價占項目本體投資約20%～25%。為此選擇合理的鐵塔基礎型式以及優化設計對降低線路工程投資和保證線路的長期安全運行具有重大意義。

1 基礎方案的選擇原則

基礎設計必須依據線路工程的地形、地質和施工條件，按照“安全運行、施工便利、注重環保、經濟性好”的原則，綜合考慮地質和交通運輸條件，進行基礎方案的選擇與優化。

根據我國目前已投產和在建的特高壓輸電線路基礎工程的設計和施工情況，并結合國網公司某±1 100 kV直流工程地質及桿塔基礎的特性，在確定基礎方案選型原則時，應考慮以下四方面:1)采取合理結構型式，減小基礎的水平力和彎矩，改善基礎的受力情況。2)充分利用原狀土的地基承載力高，且變形性小的力學性能，盡量減少大開挖基礎的使用，合理選擇原狀土基礎型式。3)注重環保的可持續發展戰略、降低對地面附著物的影響。4)注重施工過程的可操作性、可連續性，且質量可控。

2 基礎型式的選擇

根據甘肅當地的工程地形及地質特點，可將本工程地基概括為硬塑粘土地基、天然巖石地基和軟弱土(鹽漬土為主)地基三大類，以下根據不同的地基土特性，并結合運輸條件分別以工程常用的Z27101直線塔為例，對基礎型式進行比選，基礎作用力設計值如表1所示。

表1 基礎作用力 kN

目前，特高壓架空輸電線路中常用的基礎類型主要有原狀土基礎與現澆大開挖回填基礎兩類。由這兩大類又可以根據地質情況，細分出其他許多基礎型式，如圖1所示。

本文根據不同地基土的特性并結合物料運輸條件、經濟型等方面，展開基礎方案選型探討。

2.1 硬塑粘性土地基基礎方案的比選

根據本工程的實際地形和勘測條件，在計算中，基礎露頭按700 mm考慮，采用的硬塑粘性土地質參數為［2］:fk=250 kN/m2，γ=17 kN/m3，α=25°，c=40 kN/m2，φ=15°。

圖1 常用基礎型式

下面針對本工程的硬塑粘性土地基情況，分別設計計算斜柱柔性式基礎、直柱剛性式基礎、掏挖式基礎、帶翼板掏挖基礎、人工挖孔基礎及帶翼板的人工挖孔樁基礎，并進行了經濟性分析，其工程量和造價分別如表2所示。為了更加直觀地比較各基礎型式綜合造價，可以繪制各類造價［3］對比圖表，如圖2所示。

表2 硬塑粘性土地基條件下各基礎型式工程量對比表

圖2 Z27101塔各基礎型式綜合造價對比圖

在進行基礎選型及優化時，應從造價、混凝土消耗量、環保等角度進行綜合分析。

1)工程造價角度。從表2和圖2的對比結果看出，以硬塑粘性土為主地區，對于特高壓直流直線塔而言，采用掏挖基礎造價最省，然后依次是斜柱柔性基礎、人工挖孔基礎、直柱剛性式基礎，其造價分別較直柱掏挖基礎高4%，6%，163%左右。當采用帶翼板的掏挖基礎、帶翼板的人工挖孔樁、空心掏挖基礎和大直徑鋼筋混凝土筒樁時，基礎造價能進一步降低，分別較掏挖基礎的造價降低4%，3%，18%，1%，3%。因此，推薦直線塔采用空心掏挖式基礎、大直徑筒樁和帶翼板掏挖式基礎。

2)混凝土消耗量角度。基礎工程的造價主要由混凝土、鋼筋、土石方以及基礎模板造價組成，其中混凝土是其主要組成部分。從混凝土消耗量角度來看，采用斜柱柔性基礎時，其混凝土量最小，便于山區運輸，因此斜柱柔性基礎是一種優化選擇。

3)環境角度。掏挖式基礎和人工挖孔基礎，可以土代模，基礎土石方量小，利于水土保護，對環境的破壞較小，有利于水土保持和塔基穩定，而開挖回填類基礎，如斜柱柔性基礎和直柱剛性基礎土石方工程量較大，土石方臨時堆放和棄土困難，尤其是對于山區塔位，不利用自然環境的保護和水土保持。因此，從環保角度出發，推薦采用掏挖式基礎或人工挖孔基礎。

如上所述，各種基礎型式均有優缺點，應根據實際情況進行選擇。對于典型直線塔，宜采用原狀土類基礎型式，具體基礎方案的選擇順序為:首先考慮采用掏挖基礎;若地形和地質條件滿足要求，選用帶翼板的掏挖式基礎效果更好。

2.2 巖石地基基礎方案的選擇

根據本工程的實際地形和勘測條件，在計算中，假定巖石是覆蓋層薄或裸露的硬質微風化巖石，基礎露頭按700 mm考慮，采用的巖石地基土參數為:fk=500 kN/m2，γ=18 kN/m3，α=26°，c=0 kN/m2，φ=40°。

下面結合典型的巖石地質情況，分別進行巖石嵌固式基礎、巖石錨桿式基礎、掏挖式基礎、斜柱柔性板式基礎和掏挖樁基礎設計，并進行了經濟性分析，其工程量和造價分別如表3所示。

表3 巖石地基條件下各基礎型式的工程量對比表

為了更加直觀地比較各基礎型式綜合造價，根據表3可以繪制造價對比圖表，如圖3所示。

下面綜合考慮工程造價、巖性、混凝土消耗量和施工角度對巖石地基進行基礎選型。

1)工程造價角度。從圖3的比較結果可以看出，對于巖石地基，從造價角度來看，采用巖石錨桿基礎最優，其次是巖石嵌固式基礎，人工挖孔基礎和掏挖基礎基本相當，斜柱柔性基礎型式造價最高，明顯不具有任何比較優勢。

圖3 Z27101直線塔各基礎型式的綜合造價柱狀圖

2)巖性角度。巖石錨桿式基礎在覆蓋層較淺乃至裸露的微風化硬質巖石塔基中適用;且巖石嵌固式基礎適用面廣，也可在中等風化巖石中應用;掏挖式基礎推薦用于覆蓋層較厚的、強風化的巖石塔基。

3)混凝土消耗量角度。從表3和圖3可知，巖石錨桿基礎消耗的混凝土量最小，巖石嵌固基礎次之，因此，從混凝土消耗量角度來看，巖石錨桿基礎也是最優選擇。

4)施工角度。由于巖石地基鑒定工作較繁瑣，同時受到限制較多，如施工工法工藝、塔基微地形、山體傾斜度等因素。因此，若從施工角度考慮，巖石嵌固基礎、掏挖基礎或人工挖孔樁基礎由于施工工藝成熟，也是巖石地基基礎的一種優化選擇。

如上所述，在巖石地基覆蓋的地區，若巖石覆蓋層較薄甚至裸露的硬質微風化的塔基，宜采用巖石錨桿式基礎;對巖石中風化的塔基，選擇錨桿式基礎、巖石嵌固式基礎較好;對巖石強風化、覆蓋層較厚的塔基，優先推薦人工挖孔和掏挖式基礎。

3 結語

本文結合±1 100 kV特高壓直流工程的地質條件，對巖石基礎、掏挖基礎、樁基礎、開挖回填基礎以及其他特殊基礎進行對比分析，對±1 100 kV直流工程線路基礎選型得出如下結論:1)針對硬塑粘性土地基:特高壓直線塔優先采用掏挖式基礎;若地形、地質條件允許，采用帶翼板掏挖基礎，其造價與常規掏挖式基礎相比節省4%。2)針對巖石地基:微風化塔基推薦巖石錨桿式基礎;中等風化塔基推薦巖石錨桿式基礎、巖石嵌固式基礎;強風化塔基推薦掏挖式基礎。輸電線路不同電壓等級的基礎選型設計大同小異，都應根據沿線地形地貌、桿塔受力、施工運輸、環保要求以及經濟性等方面綜合考慮，合理的基礎型式選型可以降低線路本體投資，減少水土流失和降低對環境的破壞，同時也為線路的安全運行提供保障。

［1］ DL/T 5219—2014，架空輸電線路基礎設計技術規程［S］.

［2］ 《工程地質手冊》編寫組.工程地質手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［3］ 劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用造價［M］.北京:中國電力出版社，2014.

Basis of selection and design of±1 100 kV DC transmission lines

Xie Guangcai

(Shandong Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd，Jinan 250013，China)

In light of extra-high-voltage transmission line engineering characteristics including“more points and long line，and complicated geological conditions”，the paper introduces domestic transmission line tower foundation engineering selecting principles.Combining with actual conditions of+1 100 kV direct-voltage transmission line engineering，it describes the iron tower foundation selecting and designing methods of two kinds of geological conditions including hard plastic clay and rock foundation，which has accumulated experience for foundation design with various geological conditions in future.

foundation selection，transmission line，hard plastic clay，rock foundation

TU470

A

1009-6825(2016)35-0085-02

2016-10-08

謝廣采(1982-)，男，工程師