大高差塔位優化處理方案的應用研究
——以±800kV直流輸電工程設計經驗為例

張李黎 趙鑫 李世鳴

（中國能源建設集團安徽省電力設計院安徽合肥230022）

大高差塔位優化處理方案的應用研究
——以±800kV直流輸電工程設計經驗為例

張李黎 趙鑫 李世鳴

（中國能源建設集團安徽省電力設計院安徽合肥230022）

本文以±800kV直流輸電工程設計經驗為例為例，現分別取典型直線、轉角塔的坡度、根開等數據，分析在不同地勢坡度時的級差和露頭尺寸，給出了帶斜柱樁基礎、單柱斜塔架、帶拉桿支撐的單柱塔架等陡峭山區塔位處理方案。

大高差塔位；坡度；帶斜柱樁基礎；單柱斜塔架；帶拉桿支撐的單柱塔架；處理方案

1 不同地形條件下坡度與塔腿的高差關系

要形成大高差塔位的處理方案，就得先明確塔位坡度與塔腿的高差關系。線路走向往往可能與山坡走勢形成任意夾角，但總可以由兩種極端情況來進行劃分：①線路與山坡橫向平行，反映到塔腿上為左右兩兩不等高（鐵塔順坡向布置）；②線路與山坡橫向成45°夾角，反映到塔腿上為對角線與山坡縱向平行，對角線塔腿形成最大高差（鐵塔45°坡向布置）。

根據以往±800kV直流輸電工程設計經驗，現分別取典型直線、轉角塔的坡度、根開等數據，分析在不同地勢坡度時的級差和露頭尺寸。

表1 不同坡度對應塔腿高度差（桿塔順坡向布置）

1.1 當坡度≤30°時

從上述圖表可以看出，當坡度≤30°時，鐵塔在順坡向布置時，要求直線塔塔腿最大高差一般在10m以內，轉角塔在12m左右。通常，我們正是遵循這樣的關系來設計鐵塔長短腿的，將直線塔塔腿的最大級差一般控制在10m以內，轉角塔控制在12m以內。但當坡度＞30°時，由于塔腿最大高差大幅增加，50°時達到24m左右，對于這樣的高差若仍然采用高低腿處理已經不能滿足要求，只能對塔位的布置進行處理。

1.2 當鐵塔沿山坡45°方向布置時

圖1 直線塔順坡向布置時高度差

圖2 轉角塔順坡向布置時高度差

同樣可得當鐵塔沿山坡45°方向布置時，不同坡度對應的塔腿高差，見表1、圖1～2所示。

從以上圖表可以看出，當坡度≤30°時，鐵塔在45°坡向布置時，要求直線塔塔腿高度差一般在13m以內，轉角塔則在14m左右。顯然，按照順坡30°所設計的鐵塔此時仍然可以通過配合使用高低主柱基礎來滿足地形的需要。但當坡度＞30°時，塔腿高差也將大幅增加，50°時將達到34m左右，這樣的高度同樣早已不適合采用高低腿布置，而是和順坡向布置一樣，需要對塔位進行處理。

2 帶斜柱樁基礎方案

在陡峭山區多采用挖孔樁基礎，這種基礎型式可以充分利用原狀土承載力高、變形小的優點，施工過程中避免了大開挖，減少了對環境的破壞，避免了對原狀土的過分擾動，從而大幅度提高基礎抗拔力。

當地勢陡峭出現較大露出時，在塔腿處水平力作用下，在基礎底部產生較大彎矩，會對基礎抗拔造成很大影響。現將基礎主柱上部做成斜柱型式，如圖3所示。

圖3 帶斜柱樁基礎型式

該處理方案的最大優點是采用基礎柱頂斜柱，有效的減小了水平作用力對基礎承載力的影響，從而減小了基礎尺寸和材料耗量。缺點是基礎主柱頂部斜柱的支模和混凝土澆筑甚為困難。

3 單柱斜塔架

所謂單樁斜塔是指塔架頂部形心和底部形心的連線不與地面垂直，塔架軸心通常沿著塔腿主材方向傾斜。該方案吸取了帶斜柱樁基礎方案的優點，同時，為了避免斜柱的支模和混凝土澆筑困難而將斜柱部分改為鋼結構塔架，有效的結合了單柱塔架和混凝土斜柱的優點，如圖4所示。

圖4 單樁斜塔架

4 帶拉桿支撐的單柱塔架

對于直線塔，由于垂直力、水平力均不是很大，采用單樁塔架可以滿足強度和剛度要求。但對于轉角度數較大的轉角塔，在鐵塔塔腿根部存在相對較大的水平力，當塔架承受如此大的水平力時，會產生較大的側向位移，影響塔架的整體承載力，甚至會導致塔架的破壞。現在鋼塔架上設置側向支撐，水平力可以通過支撐直接傳遞到基礎中。帶支撐單樁塔架如圖5所示。

對鋼塔架進行壓彎和拉彎計算，可知鋼塔架自身位移對輸電鐵塔主材應力的影響較大。當不設置支撐時，最短腿邊塔身主材應力大幅增大，會導致桿件承載力不夠，出現破壞情況；同時，支撐在壓彎模式時作用明顯，從計算結果得知此時支撐承受的為拉力，而在拉彎模式中，鋼支撐中應力較小，且此時有無支撐對主材應力影響很小。因此可以判定支撐在受荷過程中主要起拉桿作用，故在設計支撐時，可以只設置拉桿作為支撐型式。

圖5 帶支撐單樁塔架

本工程線路在地勢較為陡峭，以巖石為主的山區。設計鋼塔架支撐時，可以考慮設置巖石嵌固錨桿來作為支撐。具體需要采用何種規格錨桿，需要通過具體計算確定。錨桿與前文介紹過的鋼桁架支撐相比，不僅制作方便、布置靈活，而且施工方便，造價便宜，具有很好的經濟性。

5 小結

根據上述分析，給出了陡峭山區塔位處理方案（見表2）。

表2

[1]《±800kV直流架空輸電線路設計規范》（GB 50790-2013）.

[2]《架空輸電線路基礎設計技術規程》（DL/T5219-2014）.

[3]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）.

[4]胡再強，王軍星，劉蘭蘭，焦黎杰.褥墊層作用下復合地基抗震性能有限元分析[J].巖土力學，2008（S1）.

[5]高會強.水泥攪拌樁復合地基褥墊層作用的三維有限元分析[J].廣東土木與建筑，2007（10）.

[6]鮑鵬，姜忻良，盛桂琳.勁性攪拌樁復合地基承載性能靜動力分析[J].巖土力學，2007（01）.

[7]曹明.剛性樁復合地基工程性狀的數值分析[J].工業建筑，2006（S1）.

[8]鄭剛，劉雙菊，伍止超.不同厚度褥墊層剛性樁復合地基工作特性研究[J].巖土力學，2006（08）.

[9]范福平，王衛英，劉延春，尹彥偉，潘永戰.上部結構-基礎-地基相互作用問題分析[J].青島理工大學學報，2006（02）.

[10]林文強，夏旭陽，陳延猛.剛柔樁復合地基加固軟基樁土應力對比試驗研究[J].水運工程，2005（07）.

[11]周龍翔，童華煒，王夢恕，張頂立.復合地基褥墊層的作用及其最小厚度的確定[J].巖土工程學報，2005（07）.

TM753

A

1004-7344（2016）28-0067-02

2016-9-20

張李黎（1985-），女，安徽淮南人，土建工程師，碩士，研究方向為輸變電工程結構設計等。

趙鑫（1983-），男，河北吳橋人，土建工程師，碩士，研究方向為送電線路結構設計等。

李世鳴（1982-），男，河南濮陽人，土建工程師，碩士，研究方向為送電線路結構設計等。